运动控制系统（课程设计）
教师：段志梅
姓名：杨绍军
学号：201013050207
班级：10电气1班
摘要
直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。
与单向异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用。当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕阻，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
一、三相异步工作原理
三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场。转速的大小由电动机极数和电源频率而定。旋转磁场的转速n1称为同步转速。它与电网的频率f1及电机的磁极对数p的关系为：
n1=60f1∕p
对于可调速的电力拖动系统，工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类。所谓交流调速系统，就是以交流电动机作为电能—机械能的转换装置，并对其进行控制以产生所需要的转速。
交流异步电动机机械特性的参数表达式如下：
变压调速是异步电动机调速方法中的一种，由三相异步电动机机械特性
参数表达式可知，当异步电动机等效电路的参数不变时，在相同点的转速下，电磁转矩e T 与定子电压S U 的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可以机械特性的函数关系，从而改变电动机在一定负载转矩下的转速。 本实验即采用定子调压调速系统，就是在恒定交流电源与交流电动机之间接入晶闸管作为交流电压控制器，即改变定子电压调速。如下图画出了定子电压为1U 、'1U 、"1U ('"111U U U >>)时的机械特性。
二、设计流程
1电动机的选型:
假设电动机工作于普通机床主轴传动系统中，设定最大转速为1440r/min ，可选出电动机型参数如下：
型号：Y132S-4 额定功率：5.5KW 满载时定子电流：12A 满载时转速：1440r/min 满载时效率：85.5% 满载时功率因数：0.84 堵转电流/额定电流：7A 堵转转矩/额定转矩：2.2N.m 铁芯长度：115mm 气隙长度0.4mm 定子外径：210mm 定子内径：136mm 定子线规根数-d ：1-0.9mm
()()
??
????+++=
2'21'
1'23lr ls r S r
s L L S R R S R U T ωω
每槽线数：47 绕组形式：单层交叉节距：1~9mm 定转子槽数Z1/Z2: 36/32
系统结构确定如图所示
2主电路设计：
系统接线图如图2-2所示：
图2-3
四. 控制单元调试
同课题一，双闭环不可逆直流调速系统的设计中的一样。整个调速系统同样采用了速度、电流两个反馈控制环。这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同，而电流环的作用则有所不同。系统在稳定运行时，电流环对抗电网扰动仍有较大的作用，但在启动过程中电流环仅起限制最大电流的作用，不会出现最佳启动的恒流特性，也不可能是恒转矩启动。
异步电动机调压调速系统结构简单，采用双闭环系统时静差率较小，且比较容易实现正反转，反转和能动制动。但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因低速运行时转差功率Ps=SPm全部消耗在转子电阻中，使转子过热。
调节器的调零
将DJK04中调节器I所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到调节器I的4、5两端，用导线将5、6短接，使调节器I成为P（比例）调节
器。调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量调节器7端的输出，使之输出电压尽可能接近于零。
将DJK04中调节器II所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到调节器I的8、9两端，用导线将9、10短接，使调节器I成为P（比例）调节器。调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量调节器11端的输出，使之输出电压尽可能接近于零。
调节器正、负限幅值的调整
直接将DJK04的给定电压Ug接入DJK02移相控制电压Uct的输入端，三相交流调压输出的任意两路接一电阻负载（D42三相可调电阻），放在阻值最大位置，用示波器观察输出的电压波形。当给定电压Ug由零调大时，输出电压U 随给定电压的增大而增大，当Ug超过某一数值Ug`，U的波形接近正弦波时，一般可确定移相控制电压的最大允许值Uctmax=Ug`，即Ug的允许调节范围为0~Uctmax。
把调节器I的5、6短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入5、6两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，将调节器I所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器I的3端，当加+5的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为-6V，当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使之输出电压尽可能接近于零。
把调节器I的9、10短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入9、10两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，将调节器I所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器I的4端，当加+5的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为尽可能接近于零，当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使调节器I的输出正限幅为Umax。
1.系统调试
（1）确定“电流调节器”和“速度调节器”的限幅值和电流、转速反馈的极性。（2）将系统接成双闭环调压调速系统，电机转子回路仍每相串3欧姆左右的电阻，逐渐增大给定Ug，观察电机运行是否正常。
（3） 调节“电流调节器”和“速度调节器”的外接电容和电位器，用双踪扫描示波器观察突加给定时的系统动态波形，确定较佳的调节器参数。
2.1晶闸管的选择
晶闸管选择主要根据变流器的运行条件，计算晶闸管电压、电流值，选出晶闸管的型号规格。在设备使用中，一般选择KP 型普通晶闸管，其主要参数为额定电压、额定电流。 （1）额定电压Tn U 的选择
考虑系统操作（如开关合闸）以及某些意外原因所导致短路时电压的值，所以应留有足够的裕量。根据使用经验,通常可以选择考虑2~3倍的安全裕量，通常按以下公式计算，
Tn U =（2 3）m U ，则Tn U =760 1140V
式中m U 指的是晶闸管可能承受的最大电压值。此处根据电动机的型号
m U =220V 。
（2）额定电流的计算()T AV I 根据电动机的型号，T I =7A 得出
()(1.5~2)
1.57
T
T AV I I ≥ 8.917A ≥ 根据()T AV I 、Tn U 查的晶闸管的型号是KP10
2.2晶闸管的保护环节的设计
2.2.1过电流保护
过电流是晶闸管电路经常发生的故障，是造成器件损坏的主要原因之一，因此，过电流应当首先考虑。由于晶闸管承受过电流能力比一般电器差的多，故必须在极短的时间将电源断开或把电流值降下来。在设计中可采用快速熔断器保护、电子线路控制的过电流保护以及过电流继电器保护。
采用快速熔断器保护是最简单有效的过流保护器件，具有快速熔断的特性，在通常的发生短路中后，能快速熔断能保证在晶闸管损坏之前熔断自身而断开故障点，避免过电流烧坏管子。
如图所示的接法对交流、直流侧过电流时均起作用，
2.2.2过电压保护
产生过电压原因
晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其正向断态重复峰值电压DRM
U 一定值时，就会误导通，引起电路故障；当反向电压超过其反向断态重复峰值电压DRM U 一定值时，晶闸管将会立即损坏，因此，必须采取过电压保护。 为了抑制晶闸管的过电压，采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法，如图所示
电阻功率R P （W ）为
2610R m P fCU -=?
式中，f 为电源频率50Hz ，C 为电容值，根据晶闸管额定电流查表得，电容为0.1 F μ，m U 为晶闸管的工作电压峰值220V 。因此R P =0.968W 。
2.3 主回路熔断器、接触器、热继电器选择
由Y系列三相异步电机控制电器选择参考表得：型号为Y132S-4的异步电机的熔断器的型号为RLI30，接触器的型号为CJ20-25，热继电器的型号为JR20-16。
2. 4主回路导线规格
由电机的额定电流查表得：
导线尺寸（直径）1.25mm 额定电流12.2A 熔断电流45A
电阻/m，在20 0C时电阻值为0.014 一米长度的电感是1.41 H 相近的标准线规格（SWG）18 相近的美国线规格（AWG）16 2. 5主回路欠电压、漏电流等保护环节设计
电气控制线路在事故情况下，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地制止事故的扩大。为此，在电气控制电路中应采取一定的保护措施，为避免因误操作而发生事故。保护环节也是所有自动控制系统不可缺少的组成部分，常用的保护环节包括短路、过载、过流、过压、失压等保护环节，如下图为具有欠压、过流、过载、短路保护的控制电路。
控制电路的欠压、过流、过载、短路保护
3控制电路设计
3.1 电流调节器的设计
3.1.1电流调节器的设计原理
电流环的控制对象又电枢回路组成的大惯性环节与晶闸管整流装置，触发器，电流互感器以及反馈滤波等一些小惯性环节组成。电流环可以校正成典型1型系统，也可以校正成典型2型系统，校正成哪种系统，取决于具体系统要求。
由于电流环的重要作用是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，因而，在突加给定时不希望有超调，或者超调越小越好。从这个观点来说，应该把电流环校正成典型1型系统。但是，典型1型系统在电磁惯性时间常数较大时，抗绕性能较差。恢复时间长。考虑到电流环还对电网电压波动又及时的调节功能，因此，为了提高其抗扰性能，又希望把电流环校正成典型2型系统。
在一般情况下，当控制系统的两个时间常数∑i T T /110≤比时，典型Ⅱ型系统的恢复时间还是可以接受的，因此，一般按典型Ι型系统设计电流环。此外，为了按典型系统设计电流环，需要对电流环进行必要的工程近似和等效处理。
3.1.2. 电流环的结构的简化
电流环的结构如图（3.1） 所示。把电流环单独拿出来设计时，首先遇到的问题是反电势
产生的反馈作用。在实际系统中，由于电磁时间常数T1远小于机电时间常数 Tm ，电流调节过程往往比转速的变化过程快得多，因而也比电势E 的变化快得多，反电势对电流环来说，只是一个变化缓慢的扰动，在电流调节器的快速调节过程中，可以认为E 基本不变，即△E=0。这样，在设计电流环时，可以不考虑反电势变化的影响，而将电势反馈作用断开，使电流环结构得以简化。另外，在将给定滤波器和反馈滤波器两个环节等效的置于环内，使电流环结构变为单位反馈系统。最后，考虑到反馈时间常数 Ti 和晶闸管变流装置间常数 Ts 比 T1 小得多，可以当作小惯性环节处理，并取 T ∑i=Toi+Ts 。经过上述简化和近似处理后，电流环的结构图最终可简化为图（3.2）所示：
图3.1
图3.2
图3.3
3.1.3．电流调节器的结构选择
由于电流环中的控制对象传递函数 Wi （s ）含有两个惯性环节，因此按典型Ⅰ系统设计的话，应该选PI 调节器进行串联校正，其传递函数为
s
s K s W i i i ACR ττ)
1()(+=
为了对消控制对象的大时间常数，取Tl i =τ 。此时，电流环的结构图就成为典型Ⅰ型系统的形式。 如果
K I gT i ∑=0.5或
ζ=0.707选择调节器的参数。电流环开环放大系数 Ki 为
K I =R
K K i i
s i τβ
令K I T i ∑=0.5,所以有：
K I =
i
i s i T K R
∑βτ5.0
且截止频率W n 为：
W n =K I =
i T ∑5
.0
上述关系表明，按工程最佳参数设计电流环时，截止频率W n 与T i ∑的关
系满足小惯性环节的近似条件W n ≤i
T ∑1
。
如果按典型∏型系统设计电流环， 则需要将控制对象中的大惯性环节
11+Ls T 近似为积分环节s
T L 1
，当T L >hT i ∑时 ，而电流调节器仍可用 PI 调
节规律。但积分时间常数i τ应选得小一些，即i τ= hT i ∑。
按最小峰值M min p 选择电流环时，如选用工程最佳参数 h=5，则电流环开环放大系数 KI 为：
K I =L i i s i RT K K τβ=i
T h h ∑+221
于是可得
K I =
i s L T hk RT h ∑+β2)1(=i
s L
T K RT ∑β6.0
W n =i hT h ∑+21=i
T ∑6
.0
显然，按工程最佳参数h=5确定的W n 和T i ∑的关系，也可以满足小惯性环节的近似的条件。 PI 型电流调节器结构图
3.2转速调节器ACR 的设计
3.2.1电流环的等效传递函数
电流环是转速环的内环，设计转速环时要对电流环做进一步的简化处理，使电流成为一个简单的环节，以便按典型系统设计转速环。 如果电流环是按工程最佳参数设计的典型 I 型系统，则由图（3.4）可得其闭环传递函数为：
Ui*
W Bi （s ）=)()(s U s I i d β
=)
1(1)1(++
+∑∑s T s K s T s K i I
i I
=
11
2++∑I
I i K s
s K T 由于：
K I =i T ∑5.0, 所以有W Bi （s ）=1221
22++∑∑s T s T i i ≈
1
21+∑s T i 在双闭环调速系统设计中，转速外环的截止频率W n c 总是低于电流环的截止频W n ，即W n c << W n .因此，设计转速环时可以把电流环看成是外环中的一个小时常数环节，并加以简化处理，即略去WBi(s)中分母的高次项，得
简化后的传递函数为：
W Bi （s ）≈1
21
2+∑s T i
近似条件为: W n c <<0.5T i ∑。
电流环的这种近似处理产生的效果可以用对数幅频特性来表示。电流环未作处理时阻尼比ζ=0.707 ，自然振荡频率为i T ∑21的二阶振荡环节，当
转速环截止频率较W n c 低时，对于转速环的频率特性来说，原系统和近似系统只在高频段有些区别。由于电流环在转速环内，其输入信号Ui 。因此，与
电流环的近似的小环节应为)()(s U s I i d =β)(s W Bi =1
21+∑s T i β
，式中时间常数
2T i ∑的大小随调节器参数选择方法不同而异。 3.2.2转速调节器结构的选择
为了实现转速无静差，必须在扰动作用点以前设置一个积分环节，从图
（3.5）可以看出，在负载扰动作用点以后，已经有一个积分环节，故从静态无差考虑需要 II 型系统。从动态性能上看，考虑转速调节器饱和非线性后，调速系统的跟随性能与抗扰性能是一致的，而典型 II 型系统具有较好的抗扰性能。所以，转速环应该按典型 II 系统进行设计。
由图（3.6）可以明显地看出，要把转速环校正成典型 II 型系统，转速调节器 ASR
也应该采用 PI 调节器，其传递函数为
W ASR =K n
s s n n ττ1+
式中K n ——转速调节器的比例系数；
n τ——转速调节器的超前时间常数
这样，调速系统的开环传递函数为：
W n （S ）=)1()
1(2+Φ+∑s T s T c s R K i m e i n i n n βττα=
)
1()
1(2++∑s T s s K i n N τ
其中，转速开环增益为
K N =m
e n n n n T c R
K φβτα
不考虑负载扰动时，校正后的调速系统动态结构示于下图（3.6）
图3.4
图3.5
图3.6 3.2.3转速调节器的参数选择
按跟随性能和抗扰性能最好的原则，取h=5进行计算。 小惯性环节近似处理条件:
W n c ≤
on
i T T ∑21
31
3.2.4 电流环设计时，K I T i ∑=0.5, 所以，i σ<5%。
3.3调速系统静态参数分析
分析双闭环调速系统静特性的关键是掌握转速调节器PI 的稳态特征，它一般存在两种状况。①饱和 输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使转速调节器退出饱和，这时转速环相当于开环。
②不饱和 输出未达到限幅值，转速调节器使输入偏差电压n U ?在稳态时总是零。
当转速PI 调节器线性调节输出未达到限幅值，则d I < d m I 由于积累作用使0n U ?=，即n= */n U α保持不变直到d dm I I =，如图0n A -段所示。
当转速PR 调节器饱和输出为极限值*im U ，转速外环的输入量极性不改变，转速的变化对系统不再产生影响，转速PI 调节器相当于开环运行，这样双闭环变为单闭环电流负反馈系统，系统由恒转速调节变为恒电流调节从而获得极好的下垂特性，如图中A-B 段所示。
由上面分析可见，转速环要求电流迅速响应转速n 的变化，而电流环则要求维持电流不变。这不利于电流对转速的变化的响应，有使静特性变软的趋势。但由于转速环是外环，电流环的作用相当转速环内部的一种扰动作用而已，不起主导作用。只要转速环的开环放大倍数足够大，最后仍然能靠转速调节器的作用消除转速的偏差。
3.4控制回路导线规格
20 0C 时导线截面积2.5mm 2 管径16mm 400C 时导线截面积2.5mm 2 管径16mm
4触发电路设计
5.控制单元调试
同课题一，双闭环不可逆直流调速系统的设计中的一样。整个调速系统同样采用了速度、电流两个反馈控制环。这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同，而电流环的作用则有所不同。系统在稳定运行时，电流环对抗电网扰动仍有较大的作用，但在启动过程中电流环仅起限制最大电流的作用，不会出现最佳启动的恒流特性，也不可能是恒转矩启动。
异步电动机调压调速系统结构简单，采用双闭环系统时静差率较小，且比较容易实现正反转，反转和能动制动。但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因低速运行时转差功率Ps=SPm全部消耗在转子电阻中，使转子过热。
调节器的调零
将DJK04中调节器I所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到调节器I的4、5两端，用导线将5、6短接，使调节器I成为P（比例）调节器。调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量调节器7端的输出，使之输出电压尽可能接近于零。
将DJK04中调节器II所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到调节器I的8、9两端，用导线将9、10短接，使调节器I成为P（比例）调节器。调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量调节器11端的输出，使之输出电压尽可能接近于零。
5.1调节器正、负限幅值的调整
直接将DJK04的给定电压Ug接入DJK02移相控制电压Uct的输入端，三相交流调压输出的任意两路接一电阻负载（D42三相可调电阻），放在阻值最大位置，用示波器观察输出的电压波形。当给定电压Ug由零调大时，输出电压U随给定电压的增大而增大，当Ug超过某一数值Ug`，U的波形接近正弦波时，一般可确定移相控制电压的最大允许值Uctmax=Ug`，即Ug的允许调节范围为0~Uctmax。
把调节器I的5、6短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入5、6两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，将调节器I所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器I的3端，当加+5的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为-6V，当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使之输出电压尽可能接近于零。
把调节器I的9、10短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入9、10两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，将调节器I所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器I的4端，当加+5的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为尽可能接近于零，当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使调节器I的输出正限幅为Umax。
系统调试
（1）确定“电流调节器”和“速度调节器”的限幅值和电流、转速反馈的极性。（2）将系统接成双闭环调压调速系统，电机转子回路仍每相串3欧姆左右的电阻，逐渐增大给定Ug，观察电机运行是否正常。
（3）调节“电流调节器”和“速度调节器”的外接电容和电位器，用双踪扫描示波器观察突加给定时的系统动态波形，确定较佳的调节器参数。
5.2 系统特性参数测定及分析
机械特性n=f （T ）测定
将DJK04的给的那个电压输出直接接至DJK02-1上的移相控制电压Uct ，电机转子回路接DJ17-3转子电阻专用箱，直流发电机接负载电阻R （D42三相可调电阻，将两个900欧姆接成串联形式），并将给定的输出调到零。 直流发电机先轻载，调节转速给定电压Ug 使电动机的端电压=Uct 。 采用直流发电机，转矩可按下式计算：
n P R I U I M O S G G G /)(55.92
++=
S R =18Ω
式中，M 为三相绕线式异步电机电磁转矩，IG 为直流发电机电流，UG 为直流发电机电压，Rs 为直流发电机电枢电阻，P0为机组空载损耗。 ③.调节Ug ，降低电动机端电压，在2\3Ue 时重复上述实验，以取得一组机械特性。
在输出电压为Ue 时：
在输出电压为2\3Ue 时：
2.系统闭环特性的测定
郑州航空工业管理学院 电力拖动自动控制系统课程设计 07 级电气工程及其自动化专业 0706073 班级 题目转速单闭环的直流拖动系统 姓名 学号 指导教师孙标 二ОО十年月日
电力拖动自动控制系统课程设计 一、设计目的 加深对电力拖动自动控制系统理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计的能力。 二、设计任务 设计一个转速单闭环的直流拖动系统
题目：单闭环不可逆直流调速系统设计 1 技术指标 电动机参数：PN=3KW, n N=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路总电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 2 设计要求 （1）闭环系统稳定 （2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。 3 设计任务（1）绘制原系统的动态结构图； （2）调节器设计； （3）绘制校正后系统的动态结构图； （4）撰写、打印设计说明书。 4 设计说明书 设计说明书严格按**大学毕业设计格式书写,全部打印.另外,设计说明书应包括以下内容: (1)中文摘要 (2)英文摘要
目录 第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ············································································错误!未定义书签。第三章课程设计的目的和意义·············································································· - 1 -1．电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义·················································································· - 2 -第四章课程设计内容·························································································· - 2 -第五章方案确定 ································································································ - 3 - 5.1方案比较的论证 ······················································································ - 3 - 5.1.1总体方案的论证比较········································································ - 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较····································································· - 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较·································································· - 6 -第六章主电路设计····························································································· - 7 - 6.1主电路工作设备选择 ················································································ - 7 -第七章控制电路设计·························································································· - 8 -第八章结论 ·····································································································- 11 -第九章参考文献 ·······························································································- 11 -
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1) 2 直流电机双闭环调速系统 (3) 2.1直流电动机的起动与调速 (3) 2.2直流调速系统的性能指标 (3) 2.2.1静态性能指标 (3) 2.2.2动态的性能指标 (4) 2.3双闭环直流调速系统的组成 (6) 3 双闭环直流调速系统的设计 (8) 3.1电流调节器的设计 (8) 3.2转速调节器的设计 (10) 3.3闭环动态结构框图设计 (12) 3.4设计实例 (12) 3.4.1设计电流调节器 (13) 3.4.2设计转速调节器 (15) 4.Matlab仿真 (17) 4.1仿真结果分析 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论 1.1课题研究背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。 以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个
双闭环直流调速系统设计及仿真 一转速、电流双闭环控制系统 一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。这种理想的起动过程如图1所示。 n n t 图1 转速调节系统理想起动过程 为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的负反馈。因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。这里实际提到了两个控制阶段。起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。如图2所示。 图2 双闭环直流调速控制系统原理图 参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。如图3所示。
图3 双闭环直流调速系统动态结构图 在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示[2]。 二双闭环控制系统起动过程分析 前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。 第Ⅰ阶段：0～t1是电流上升阶段。突加给定电压后，通过两个调节器的控制作用，使、、都上升，当后，电动机开始转动。由于机电惯性的作用，转速的增长不会太快，因而ASR的输入偏差电压数值较大并使其输出达到饱和值，强迫电流迅速上升。当时，，电流调节器ACR的作用使不再迅速增加，标志着这一阶段的结束。 在这一阶段中，ASR由不饱和很快达到饱和，而ACR一般应该不饱和，
目录页 第一章绪论 (2) 1-1课题背景，实验目的与实验设备 (2) 1-2国内外研究情况 (3) 第二章双闭环调速系统设计理论 (3) 2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系统 (3) 2-2系统的静，动态性能指标 (4) 2-3非典型系统的典型化 (6) 2-4转速调节器和电流调节器的设计 (7) 第三章模型参数测定和模型建立 (9) 3-1系统模型参数测定实验步骤和原理 (9) 3-2模型测定实验的计算分析 (11) 3-3系统模型仿真和误差分析 (18) 第四章工程设计方法设计和整定转速，电流反馈调速系统 (22) 4-1 设计整定的思路 (22) 4-2 电流调节器的整定和电流内环的校正，简化 (23) 4-3转速调节器的整定和转速环的校正，简化 (25) 4-4系统的实际运行整定 (27) 4-5 关于ASR和ACR调节器的进一步探讨…………………………………… 33 第五章设计分析和心得总结 (34)
5-1实验中出现的问题 (34) 5-2实验心得体会 (35) 第六章实验原始数据 (38) 6-1建模测定数据 (38) 6-2 系统调试实验数据 (39) 第一章绪论 1-1课题背景，实验目的与实验设备 转速，电流反馈控制的调速系统是一种动静态特性优良的直流调速系统，它的控制规律是建立在经典控制规律的基础上的，用传递函数建立动态数学模型，并从传递函数模型和开环频域特性去总结其控制规律，用跟随和抗扰两个方面的指标去衡量它的动静态性能。转速，电流反馈控制的调速系统是一种串级系统，所以其整定系统参数的方法也借鉴了一般串级系统的差别，但又有不同于一般串级系统的。 本次实验的主要目的是针对一套调速系统（包括电源，电机，励磁回路等）建立模型并整定出带滤波的电流调节器和转速调节器参数，投入运行。实验正值暑期实践及国际交流周，我们将用两周的时间来完成参数测定实验，系统建模，调节器整定和系统投入运行。 本次实验的实验设备包括：
可控硅调压调速原理 小功率分体机室内风机目前用的是PG调速塑封电机，为单向异步电容运转电动机。为了满足空调正常的运转，达到制冷、制热能力的平衡，所以必须保证室内风机的转速满足系统的要求，并保持转速的稳定。因此采用可控硅调压调速的方法来调节风机的转速。 1.电路原理图 2.工作原理简介 可控硅调速是用改变可控硅导通角的方法来改变电动机端电压的波形，从而改变电动机端电压的有效值，达到调速的目的。 当可控硅导通角α1=180°时，电动机端电压波形为正弦波，即全导通状态；（图示两种状态）当可 控硅导通角α1 <180°时，电动机端电压波形如图实 线所示，即非全导通状态，有效值减小；α1越小， 导通状态越少，则电压有效值越小，所产生的磁场越 小，则电机的转速越低。但这时电动机电压和电流波 形不连续，波形差，故电动机的噪音大，甚至有明显 的抖动，并带来干扰。这些现象一般是在微风或低风 速时出现，属正常。由以上的分析可知，采用可控硅 调速其电机转速可连续调节。 3.各元器件作用及注意事项 3.1D15、R28、R29、E9、Z1、R30、C1组成降压、整流、虑波稳压电路，获得相对直流电压 12V，通过光电偶合器PC817给双向可控硅BT131提供门极电压； 3.2R25、C15组成RC阻容吸收网络，解决可控硅导通与截止对电网的干扰，使其符合EMI测试标准；同时防止可控硅两端电压突变，造成无门极信号误导通。 3.3TR1选用1A/400V双向可控硅，TR1有方向性，T1、T2不可接反，否则电路不能正常工作。 3.4L2为扼流线圈，防止可控硅回路中电流突变，保护TR1，由于它是储能元件，在TR1关断和导通过程中，尖峰电压接近50V，R24容易受冲击损坏，因此禁止将L2放置在TR1前端。
目录 第1章概述 (1) 1.1 转速单闭环调速系统设计意义 (1) 1.2 转速单闭环调速系统的设计要求 (1) 第2章原系统的动态结构图及稳定性的分析 (2) 2.1 原系统的工作原理 (2) 2.2 原系统的动态结构图 (3) 2.3 闭环系统的开环放大系数的判断 (3) 2.4 相角稳定裕度γ的判断 (4) 第3章调节器的设计及仿真 (5) 3.1 调节器的选择 (5) 3.2 PI调节器的设计 (5) 3.3 校正后系统的动态结构图 (8) 3.4 系统的仿真结构图及测试结果 (8) 第4章课程设计总结 (9) 参考文献 (1)
转速单闭环调速系统设计 1、概述 1.1 转速单闭环调速系统设计意义 为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。在对调速性能有较高要求的领域常利用直流电动机作动力,但直流电动机开环系统稳态性能不能满足要求,可利用速度负反馈提高稳态精度,而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的,为了消除系统的静差,可用积分调节器代替比例调节器. 反馈控制系统的规律是要想维持系统中的某个物理量基本不变，就引用该量的负 反馈信号去与恒值给定相比较，构成闭环系统。对调速系统来说，若想提高静态指标， 就得提高静特性硬度，也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要 想维持转速这一物理量不变，最直接和有效的方发就是采用转速负反馈构成转速闭环 调节系统。 1.2 转速单闭环调速系统的设计要求
第一部分并励直流电动机的工作原理 并励直流电机的励磁绕组和电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组和电枢共用同一电源，从性能上讲和他励直流电动机相同。 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。 当电枢转了180°后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。 因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。 转速电流双闭环原理 转速、电流双闭环直流调速系统的组成，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。 从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 限幅的作用： 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im －－电流给定电压的最大值，即限制了最大电流； τ电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm －－Uc的最大值，即限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 第二部分 PID算法的基本原理 PID调节器各校正环节的作用 1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节 器立即产生控制作用以减小偏差。 2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分 时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。 3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太 大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减 小调节时间。 下面对控制点所采用的PID控制算法进行说明。
双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得 到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的 这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得 良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以 及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有 必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic
process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10
调速器的工作原理 液压调速器在感应元件和油量调节机构之间加入一个液压放大元件(液压伺服器)，使感应元件的输出信号通过放大元件再传到油量调节机构上去，因此也叫间接作用式调速器。液压放大元件有放大兼执行作用，主要由控制和执行两个部分组成。一、无反馈的液压调速器其工作原理如下：当负荷减小时，由曲轴带动的驱动轴转速升高，飞球的离心力增加，推动速度杆右移。于是，摇杆以A点为中心逆时针转动，滑阀右移，压力油进入伺服器油缸的右部空间。与此同时，油缸的左部空间通过油孔与低压油路相通，其中的油被泄放。在压差的作用下，伺服活塞带动喷油泵齿条左移，以减少供油量。当转速恢复到原来数值时，滑阀也回到中央位置，调节过程结束。当负荷增加，转速降低时，调速过程按相反方向进行。从上述分析可知，调速器飞球所产生的离心力仅用来推动滑阀，因而飞球的重量尺寸就可以做得较小。而作为放大器的液压伺服器的作用力，则可根据需要，选择不同尺寸的伺服活塞和不同滑油压力予以放大。但是，在这种调速器中，因为感应元件直接驱动滑阀，无论它朝哪个方向往动，均难准确地回到原来位置而关闭油孔。这样就使柴油机转速不稳定，而产生严重的波动。为了使调速器能稳定调节，在调速器中还要加入一个装置，其作用是在伺服活塞移动的同时对滑阀产生一个反作用，使其向平衡的位置方向移动，减少柴油机转速波动的可能性。这种装置称为反馈机构。二、具有刚性反馈机构的液压调速器它的构造与上述无反馈液压调速器基本相同，只有杠杆义AC的上端A不是装在固定的铰链上，而是与伺服活塞的活塞杆相连。这一改变使感应元件、液压放大元件和油量调节机构之间的关系发生如下的变化。当负荷减小时，发动机转速升高，飞球向外张开带动速度杆向右移动。此时伺服活塞尚未动作，因此反馈杠杆AC的上端点A暂时作为固定点，杠杆AC绕A反时针转动，带动滑阀向右移动，把控制孔打开，高压油便进入动力缸的右腔，左腔与低压油路相通。这样高压油便推动伺服活塞带动喷油调节杆向左移动，并按照新的负荷而减少燃油供给量。在伺服活塞左移的同时，杠杆AC绕C点向左摆动与B点相连接的滑阀也向左移动，从而使滑阀向相反的方向运动。这样在伺服活塞移动时能对滑阀运动产生了相反作用的杠杆装置称为刚性反馈系统。当调节过程终了时，滑阀回到了起始位置，把控制油孔关闭，切断通往伺服油缸的油路。这时伺服活塞就停止运动，喷油泵调节杆随之移动到一个新的平衡位置，发动机就在相应的新负荷下工作。因此，相应于发动机不同的负荷，调速器就具有不同的稳定转速。因为发动机负荷变化时需要改变供油量，所以A点位置随负荷而变。与滑阀相连接的B点在任何稳定工况下均应处于原来的位置，与负荷无关。这样C点的位置必须配合A点作相应的变动，因而导致了转速的变化。假如当负荷减小时，调速过程结束后，滑阀回到中间原来位置时，伺服活塞处于减少了供油量位置，使A点偏左，C点偏右，因C 点偏右，弹簧进一步受压，只有在稍高的转速下运转才能使飞球的离心力与弹簧压力平衡。这说明负荷减小时稳定运转后，柴油机的转速比原来稍有升高。同理，当负荷增加时，稳定运转后，柴油机的转速比原来稍有降低。具有刚性反馈的液压调速器，可以保证调速过程具有稳定的工作特性，但负荷改变后，柴油机转速发生变化，稳定调速率d不能为零。如果要求负荷变化时即要调速过程稳定，又能保持发动机转速恒定不变(即入就必须采用另一种带有弹性反馈系统的液压调运器。三、具有弹性反馈的液压调速器它实际上是在"刚性反馈"装置中加入一个弹性环节－－缓冲器和弹簧。弹簧的一端同固定的支点相连，而另一端则与缓冲器的活塞相连。缓冲器的油缸同伺服器的活塞成刚体联接。当发动机负荷减小时，转速增大，飞球的离心力增加。同样，滑阀右移，而伺服活塞则左移，减少喷油泵的供油量。当活塞的运动速度很高时，缓冲器和缓冲活塞就象一个刚体一样地运动。随着伺服活塞5的左移，缓冲器和AC杠杆上的A点也向左移动。这一过程和上述刚性反馈系统的调速器完全相同。但当调速过程接近终了时，滑阀已回到原来的位置，遮住了通往伺服油缸的
比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真 一、实验目的 1．熟练使用MATLAB 下的SIMULINK 仿真软件。 2．通过改变比例系数K P 以及积分时间常数τ的值来研究K P 和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。 二、实验内容 1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析 三、实验要求 建立仿真模型，对参数进行调整，从示波器观察仿真曲线，对比分析参数变化对系统稳定性，快速性等的影响。 四、实验原理 图4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图 调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率，唯一的方法采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统。转速闭环控制可以减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。在直流调速系统中，将转速作为反馈量引进系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值进行系统控制，可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。 当t=0时突加输入U in 时，由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到U ex (t )=K P U in ，实现了快速响应；随后U ex (t )按积分规律增长，U ex (t )=K P U in +(t/τ)U in 。在t =t 1时，输入突降为0，U in =0，U ex (t )=(t 1/τ)U in ，使电力电子变换器的稳态输出电压足以克服负载电流压降，实现稳态转速无静差。 五、实验各环节的参数及K P 和1/τ的参数的确定 5.1各环节的参数： 直流电动机：额定电压U N =220V ，额定电流I dN =55A,额定转速n N =1000r/min,电动机电动势系数C e =0.192V ? min/r 。 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数K s =44，滞后时间常数T s =0.00167s 。
《控制系统设计》课程设计报告 学院：信息工程学院 姓名： 班级：11自动化 学号： 题目：三相异步电动机闭环调速系统设计与实践指导老师： 完成时间：2014年6月20日
目录 摘要............................................................... I 1概述.. (1) 1.1三相异步电动机的调速方法 (2) 1.2调压调速的简介 (3) 1.3课程设计的要求 (5) 2三相异步电动机调压调速系统的组成 (5) 3三相异步电动机调压调速系统的设计和实现 (8) 3.1三相异步电动机调压调速系统的电路 (8) 3.2闭环调速结构图 (10) 3.3 系统各部分参数的计算 (10) 4三相异步电动机调压调速系统的仿真 (13) 4.1MATLAB仿真的介绍 (13) 4.2电路的建模和参数设置........................ 错误！未定义书签。 4.3异步电机调压调速系统仿真模型................ 错误！未定义书签。 4.4仿真效果图 (17) 总结 (22) 参考文献 (23)
摘要 异步电动机具有结构简单、制造容易、维修工作量小等优点，早期多用于不可拖动。随着电力电子技术的发展，静止式变频器的诞生，异步电动机在可拖动中逐渐得到广泛的应用。实现电机调速有不少方法。研究电机调速，找出符合实际的调速方法能最大限度的节约能源，所以研究调压调速就显得很有必要。异步电机调压调速控制系统是一种比较简单实用的调速系统，该系统具有良好的运行、控制及经济性能，显示出巨大的发展潜力。 本课程设计介绍了异步电动机调压调速系统的几大组成部分，并着重讲述了三相异步电动机(M)、测速发电机(TG)、晶闸管交流调压器(TVC)的简单的工作原理。在了解异步电动机调压调速的基本原理的基础上，设计了异步电动机单闭环调压调速系统的结构原理图。还将调压调速与其他的调速方法相比，所具有的优点以及不足之处。 以转速单闭环调压调速系统为例，电机调速开环控制系统调速范围较小，采用速度作为负反馈的闭环控制系统解决了这个问题,使调速性能得到改善。 最后，经过理论分析建立模型后，基于Matlab语言开发仿真软件，并进行仿真实验，并且对仿真结果进行了一定的分析及改进。 关键词: 调压调速MATLAB三相异步电动机转速调节器
单闭环不可逆直流调速系统设计 目录 第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ··········································································错误！未定义书签。第三章课程设计的目的和意义·············································································· - 1 -1．电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义·················································································· - 2 -第四章课程设计内容·························································································· - 2 -第五章方案确定 ································································································ - 3 - 5.1方案比较的论证 ······················································································ - 3 - 5.1.1总体方案的论证比较········································································ - 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较····································································· - 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较·································································· - 6 -第六章主电路设计····························································································· - 7 - 6.1主电路工作设备选择 ················································································ - 7 -第七章控制电路设计·························································································· - 8 -第八章结论 ·····································································································- 11 -第九章参考文献 ·······························································································- 11 -
实验课题：直流电机调速控制 实验内容： 本实验完成的是一个实现对直流电机转速调节的应用。 编写实验程序，用ADC0809完成模拟信号到数字信号的转换。输入模拟信号有A/D转换单元可调电位器提供的0~5V，将其转换后的数字信号读入累加器，做为控制电机的给定转速。用8255的B口作为直流电机的控制信号输出口，通过对电机转速反馈量的运算，调节控制信号，达到控制电机匀速转动的的作用。并将累加器中给定的转速和当前测量转速显示在屏幕上。再通过LED灯显示出转速的大小变化。 实验目的： （1）学习掌握模/数信号转换的基本原理。 （2）掌握的ADC0809、8255芯片的使用方法。 （3）学习PC系统中扩展简单I/O接口的方法。 （4）了解实现直流电机转速调节的基本方法。 实验要求： 利用微机接口实验系统的硬件资源，运用汇编语言设计实现直流电机的调速控制功能。 基本功能要求：1、利用A/D转换方式实现模拟量给定信号的采样；2、实现PWM方式直流电机速度调节；3、LED灯显示当前直流电机速度状态。 实验设备： （1）硬件要求： PC微机一台、TD-PIT实验系统一套 （2）软件要求：唐都编程软件，tdpit编程软件，“轻松编程”软件 实验原理： 各芯片的功能简介： （1）8255的基本输出接口电路： 并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息，CPU 和接口之间的数据传递总是并行的，即可以同时进行传递8位，16位，32位等。8255可编程外围接口芯片是具有A、B、C三个并行接口，+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0—基本输入/出方式、方式1—选通输入/出方式、方式2—双向选通工作方式。
定子调压调速系统原理 及应用 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-
定子调压调速系统原理及应用 1.1工作原理 定子调压调速控制器是把两种传统的调速方式有机地结合起来用于控制三相交流绕线电机： ?1～3档时通过控制定子回路晶闸管导通角来改变电动机定子电压； ?4档时通过改变电动机转子电阻，改变电动机的机械特性。 两种调速方式的结合产生了非常好的控制效果，两种方式的优点得到了充分的发挥。 1.1.1 控制原理 定子调压调速控制器闭环控制的原理见图1-1，图中Ag为主令给定，F/V 为频率电压变换，I/V为电流电压变换，MCU为单片机，AT为触发器。 、V、 不同系列的控制器运行方式基本相同，只是在细节上有所不同。因此下面就介绍其运行方式。
1.1.2上升运行 ●重载 主令置上升某档速度时，上升接触器先接通，电机得电建立力矩，随后制动器打开，电机启动，系统进入闭环控制状态。此后只要主令置于上升调速档，通过主令的速度给定和速度反馈，系统都能很快使电机达到设定的速度。主令置全速档时，系统进入开环状态，晶闸管全导通，电机平稳加速，当速度大于50%和75%时，分别切除两级转子电阻，使速度到达全速。 当主令回到调速档时，两级转子电阻同时接入，系统重新进入闭环控制。 由于负载本身很重，此时电机转矩小于负载转矩，电机迅速减至设定速 度，并稳定运行。当主令回到零位时，无论电机处于何种速度，制动器都立即制动。制动器从开始动作到真正闭合需要一定的时间（液压抱闸一般在500ms左右），因此控制器延时一段时间再令电机断电。 ●轻载 由于负载轻，因此减速和制动的运行状况和重载不同。当主令从全速档回到调速档时，由于负载本身很轻（尤其是空钩时），电机转矩只是略小于负载转矩，因此减速时间很长，减到调速档一般需要数秒时间。当主令回到零位时，和重载一样，制动器立即闭合。 1.1.3下降运行 ●重载 当主令置下降调速档时，也是上升接触器先接通。此时电机输出的是反向转矩，小于负载转矩，因此电机处于倒拉反转状态。和上升相同，系统也是处于闭环控制状态，只要主令置于下降调速档，通过主令的速度给定和
目录 摘要 (2) 1主电路的设计 (2) 1.1变压器参数的设计与计算 (2) 1.2平波电抗器参数的设计与计算 (3) 1.3晶闸管元件参数的计算 (3) 1.4保护电路的设计 (4) 2反馈调速及控制系统 (4) 2.1闭环调速控制系统 (4) 2.2带电流截止负反馈闭环控制系统 (5) 2.3调节器设定 (8) 2.4控制及驱动电路设计 (9) 3参数计算 (10) 3.1基本参数计算 (10) 3.2电流截止负反馈环节参数计算与设计 (12) 3.3调节器的参数设计与计算 (12) 3.4调节器串联校正设计 (15) 4总电气图 (16) 5心得体会 (18) 参考资料 (18)
带电流截止负反馈转速单闭环直流调速 系统设计 摘要 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。在直流电动机中，带电流截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。本次课设就带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统进行参数的设计。 1主电路的设计 1.1变压器参数的设计与计算 变压器副边电压采用如下公式进行计算： ??? ? ?? -+= N sh T d I I CU A nU U U 2min max cos αβ V U C I I U A n V U V U N sh T d 110) 105.05.09848.0(9.034.21 22205 .0105 .0109 .034 .22 1,220222 min max =??-??+==========则取已知αβ 因此变压器的变比近似为：45.3110 3802 1===U U K 一次侧和二次侧电流I 1和I 2的计算 I 1=1.05×287×0.861/3.45=75A I 2=0.861×287=247A
直流电机双闭环系统设计 院系：机电工程学院 班级：电气自动化一班 姓名： 学号： 1 1 0 2 0 3 0 1 4 2 指导教师： 目录
1引言 2调速系统的性能指标 2.1调速系统的稳态指标 2.2调速系统的动态性能指标 2.3系统结构选择 3数字直流电机调速系统的数字PID控制3.1基于单片机控制的直流电机双闭环调速系统3.2 PID调节器的基本原理 4总结与展望 4.1工作总结 4.2研究展 参考文献 直流电机双闭环系统设计摘要
近年来，自动化控制系统在各行业中得到了广泛的应用和发展，而直流调速系统作为电力拖动系统的主要方式之一，在现代化生产中起着十分重要的作用。随着微电子技术的不断发展，计算机在调速系统中的应用使控制系统得到简化，体积减小，可靠性提高，而且各种经典和智能算法也都分别在调速系统中得到了灵活。 以单片机为控制核心的数字直流调速系统有着许多优点：由于速度给定和测速采用了数字化，能够在很宽的范围内高精度测速，所以扩大了调速的范围，提高了测速控制系统的精度；由于硬件的高度集成化，所以使得零部件数量大大减少；由于很多功能都是由软件实现的，使硬件得以简化，因此故障率小；单片机以数字信号工作，控制方法灵活便捷，抗干扰能力较强。 关键词：直流电动机；调速；双闭环 1引言 按照拖动的电动机的类型来划分，自动调速系统可以分为直流调速系统和交流调速系统两大类。由于直流电动机的电压、电流和磁通的耦合较弱，使直流电动机具有良好的运行性能和控制特性，能够在大范围内平滑调速，启动、制动性能良好，其在20世纪70年代以来一直在高精度，大调速范围的传动领域内占据主导地位。在要求高起、制动转矩，快速响应和较宽速度调节范围的电气传动领域中，采用直流电动机作为调速系统的执行电机。由于直流电动机具有良好的机械特性和调速特性，调速平滑，方便，易于在大范围内进行平滑调速，过载能力较大，能够承受频繁的冲击负载，可
双闭环直流调速系统 的设计及其仿真 班级：自动化 学号： 姓名：
目录 1 前言?????????????????????????3 1.1 课题研究的意义??????????????????????3 1.2 课题研究的背景??????????????????????3 2 总体设计方案?????????????????????? 3 2.1 MATLAB 仿真软件介绍???????????????????3 2.2 设计目标????????????????????????? 4 2.3 系统理论设计?????????????????????? 5 2.4 仿真实验????????????????????????9 2.5 仿真结果???????????????????????10 3 结论???????????????????????12 4 参考文献???????????????????????13 1 前言 1.1 课题研究的意义 现代运动控制技术以各类电动机为控制对象，以计算机和其他电子装置为控制手段，以电力
电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为基础，以计算机数字仿真和计算机辅助设计为研究和开发的工具。直调调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。且直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义[1]。 1.2 课题研究的背景 电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器, 电力电机技术的迅猛发展