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不可逆V-M双闭环直流调速系统设计_运动控制系统课程设计

不可逆V-M双闭环直流调速系统设计_运动控制系统课程设计
不可逆V-M双闭环直流调速系统设计_运动控制系统课程设计

不可逆V-M双闭环直流调速系统设计

目录

常用符号表 (3)

摘要 (4)

第1章系统设计任务 (5)

1.1性能指标要求: (5)

1.2给定电机及系统参数 (5)

1.3设计步骤及说明书要求 (5)

第2章主电路选型和闭环系统 (6)

2.1整体设计 (6)

2.2主电路选型 (7)

2.3双闭环直流调速系统的静特性 (9)

2.4双闭环直流调速系统 (10)

2. 4.1 双闭环调速系统电路原理图 (11)

2. 4.2 双闭环直流调速系统的稳态结构图 (12)

2. 4.3 双闭环直流调速系统数学模型 (12)

第3章主电路元部件及参数计算 (14)

3.1整流变压器容量计算 (14)

3.1.1 次级电压U2 (14)

3.1.2 次级电流I2和变压器容量S (15)

3.2晶闸管的电流及电压定额计算 (16)

3.2.1 晶闸管额定电压U TN (16)

3.2.2 晶闸管额定电流I N (16)

3.3平波电抗器电感量计算 (17)

3.4保护电路的计算 (19)

3.4.1 过电压保护 (19)

3.4.2 过电流保护 (22)

第4章驱动控制电路设计 (24)

4.1晶闸管的触发电路 (25)

4.2脉冲变压器的设计 (27)

第5章双闭环系统调节器动态设计 (29)

5.1电流调节器 (29)

5.1.1 时间常数的确定 (29)

5.1.2 电流调节器结构的选择 (30)

5.1.3 电流调节器的参数计算 (31)

5.1.4 近似条件校验 (31)

5.1.5 电流调节器的实现 (32)

5.2转速调节器 (32)

5.2.1 时间常数的确定 (33)

5.2.2 转速调节器结构的选择 (33)

5.2.3 转速调节器的参数计算 (34)

5.2.4 近似条件校验 (34)

5.2.5 转速调节器的实现 (35)

5.2.6 校核转速超调量 (35)

设计总结 (36)

参考文献 (37)

附录 (38)

常用符号表

一、元件和装置用的文字符号(按照国家GB/T 7159-1987)

ACR ASR C GT 电流调节器

转速调节器

电容器

触发装置

M

UPE

VT

电动机(总称)

电力电子变换器

晶体管;晶闸管;功率开关器

二、参数和物理量文字符号

B磁通密度

C电容;输出被控变量

C c直流电机在额定刺痛下的电动势系数?频率

GD2飞轮惯量

I电流;电枢

K控制系统放大系数

Kρ比例放大系数

n转速

P m电磁功率

R电阻;电枢回路总电阻

R a直流电机电枢电阻

R0限流电阻

S视在功率

s静差率;转差率

T时间常数,开关周期t时间

T e电磁转矩

T L负载转矩

t p峰值时间

t r上升时间

U电压;电枢供电电压

U2变压器二次侧(额定)电压

U d整流电压;直流平均电压

U m峰值电压

α转速反馈系数;可控整流器的触发延迟角β电流反馈系数;可控整流器的逆变角

γ电压反馈系数;相角裕度;PWM电压系数ξ阻尼比

λ电压允许过载倍数

ζ漏磁系数;转差功率损耗系数,超调量

θ磁通

摘要

电力拖动实现了电能与机械能之间的能量转换,而电力拖动系统-运动控制系统的任务是通过控制电动机电压、电流频率等输出量,来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量,使各种工作机械按人们期望的要求运行,以满足生产工艺及其他应用的需要。随着发展,人们研制并生产出了各类新型控制系统。而直流调速系统因具有良好的启动、制动性能,宜于在宽范围内平滑调速,在电力拖动领域中得到了广泛的应用。随着电力电子技术的发展,近代直流调速系统经常使用以电力电子器件组成的静止式可控直流电源作为电动机的供电装置。采用可控晶闸管组成整流器的是晶闸管整流器-电动机系统。目前,采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统(即晶闸管-电动机调速系统,简称V-M系统,又称静止Ward-Leonard系统)已经成为直流调速系统的主要形式。

关键词:V-M;直流调速系统;双闭环

第1章系统设计任务

1.1性能指标要求:

稳态指标:系统无静差

动态指标:%5≤i σ;空载起动到额定转速时%10≤n σ。

1.2给定电机及系统参数

KW P N 67=,V U N 230=,A I N 291=,2=λ,min 1450r n N =,Ω=2.0a R

主回路总电阻Ω=4.0R , 系统飞轮惯量223.68m N GD ?=, 系统最大给定电压V U nm 10=*, ACR 、ASR 调节器限幅值调到为V 8±,

1.3设计步骤及说明书要求

1 画出双闭环系统结构图,并简要说明工作原理。

2 根据给定电机参数,设计整流变压器,并选择变压器容量;选择晶闸管的参数并确定过流、过压保护元件参数。

3 分析触发电路及同步相位选择。

4 设计ACR 、ASR 并满足给定性能指标。

5 完成说明书,对构成系统的各环节分析时,应先画出本环节原理图,对照分析。

第2章主电路选型和闭环系统

2.1整体设计

本设计如图2.1设计的总框架,由三相直流电给直流电机的供电,采用三相桥式整流电路变成三相直流电源将生活中的三相交流380V电源进行整流,最后提供给直流电动机。设计中直流电动机由单独的可调整流装置供电,采用三相桥式全控整流电路作为直流电动机的可调直流电源。通过调节触发延迟角а的大小来控制输出电压U d的大小,从而改变电动机M的电源电压。由改变电源电压调速系统的机械特性方程式:

n=( U d/C eФ)-(R0+R a)T/ C e C TФ2(2-1)式中U d—整流电压(V);

R0—整流装置内阻(Ω);

由此可知,改变U d,可改变转速n。

图2.1双闭环直流调速系统设计总框架

2.2主电路选型

变压调速是直流调速系统的主要调速方法,直流调速系统常用的直流电源有三种①旋转变流机组;②静止式可控整流器;③直流斩波器或脉宽调制变换器。随着电力电子技术的发展,近代直流调速系统经常使用以电力电子器件组成的静止式可控直流电源作为电动机的供电装置。采用可控晶闸管组

成整流器的是晶闸管整流器-电动机系统。目前,采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统(即晶闸管-电

动机调速系统,简称V-M 系统,又称静止Ward-Leonard 系统)已经成为直流调速系统的主要形式。

图2.2绘出了晶闸管-电动机调速系统(简称V-M 系统)的原理图。通过调节触发装置GT 的控制电压U c 来移动触发脉冲的相位,改变可控整流器平均输出直流电压U d ,从而实现直流电动机的平滑调速。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上,门极电流可以直接用电子控制;响应时间是毫秒级,具有快速的控制作用;运行损耗小,效率高;这些优点使V-M 系统获得了优越的性能。

目前在各种整流电路中,由于三相全控桥整流电路输出电压波动小,适合直流电动机的负载,并且该电路组成的调速装置调节范围广(将近50)。所以把该电路应用于本设计,能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求。主电路图如图2.3所示。

图2.2晶闸管整流器-电动机调

速系统(V-M 系统)原理图

如图所示,三相全控桥整流电路可实现对共阴极组和共阳极组同时进行控制,控制角都是α。在一个周期内6个晶闸管都要被导通一次,导通顺序依次为VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6。对触发脉冲来说,6个触发脉冲相位依次相差60°。为了构成一个完整的电流回路,要求有两个晶闸管同时导通,其中一个在共阳极组,另外一个在共阴极组。为此,晶闸管必须严格按编号轮流导通。在电路控制下,只有接在电路共阴极组中电位为最高又同时输入触发脉冲的晶闸管,以及接在电路共阳极组中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管,同时导通时,才构成完整的整流电路。

由于电网电压与工作电压(U2)常常不一致,故在主电路前端配置一个整流变压器,以得到与负载相匹配的电压,同时为了起到降低或减少晶闸管变流装置对电网和其他用电设备的干扰而把晶闸管装置和电网隔离。

考虑到控制角α增大,会使负载电流断续,并且负载为直流电动机时,由于电流断续和直流的脉动,会使晶闸管导通角θ减少,整流器等效内阻增大,电动机的机械特性变软,换向条件恶化,并且增加电动机的损耗,故在直流侧串接一个平波电抗器,以限制电流的波动分量,维持电流连续。

为了使元件免受在突发情况下超过其所承受的电压电流的侵害,电路中

加入了过电压、过电流保护装置。

2.3双闭环直流调速系统的静特性

在转速反馈控制直流调速系统(以下简称单闭环系统)中用PI 调节器实现转速稳态无静差,消除负载转矩扰动对稳态转速的影响,并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击,避免出现过电流现象。但转速单闭环系统不能充分按照理想要求控制电流的动态过程。如图2.4(a )所示。当电流从最大值降低下来以后,电机转矩也随之减小,因而加速过程必然拖长。

在实际工作中,对于经常正、反转运行的调速系统,如龙门刨床、可逆轧钢机等,缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此,在起动(或制动)过渡过程中,希望始终保持电流(或电磁转矩)为允许的最大值,使调速系统以最大的加(减)速度运行。当到达稳态转速时,最好使电流立即降下来,使电磁转矩与负载转矩相平衡,从而迅速转入稳态运行。这样的理想起动过程波形如图2.4(b )所示,起动电流成矩波形,转速按线性增长。这是在最大电流(转矩)受限时调速系统所能获得的最快的起动(制动)过程。

(a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程

(b)理想快速起动过程

图2.4 调速系统起动过程的电流和转速波形

实际上,由于主电路电感的作用,电流不能突跳,为了实现在允许条件

(a)

(b)

下最快启动,关键是要获得一段使电流保持为最大值I dm的恒流过程,按照反馈控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变,那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是,应该在启动过程中只有电流负反馈,而没有转速负反馈,在到达稳态转速后,又希望只要转速负反馈,不再靠让电流负反馈发挥作用。因此我们采用双闭环调速系统,在系统中设置了两个调节器,分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流。使系统做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。

2.4双闭环直流调速系统

如图2.5所示,即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、电流反馈控制直流调速系统(以下简称双闭环系统)。为了获得良好的静、动态性能,转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度,使系统在稳态运行时得到无静差调速,又能提高系统的稳定性;作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳和准为主,采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。

在图2.5中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性,他们是按照电力电子变换器的控制电压U c为正电压的情况标出的,并考虑到运算放大器的倒相作用。

开环直流调速系统调节控制电压U c就可改变电动机的转速。如果负载的

图2.5 转速、电流双闭环直流调速系统结构框图

生产工艺对运行时的静差率要求不高,这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速,但是,对静差率有较高要求时,开环调速系统往往不能满足要求。这时就要采用闭环调速系统。

2. 4.1 双闭环调速系统电路原理图

ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机

TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器 U n*—转速给定电压

U n—转速反馈电压 U i*—电流给定电压 U i—电流反馈电压

2. 4.2 双闭环直流调速系统的稳态结构图

双闭环直流系统的稳态结构图如图2.7所示,为了实现电流的实时控制和快速给随,希望电流调节起不要进入饱和状态,因此,对于静态性来说,只有转速调节饱和与不饱和两种状况。即饱和——输出达到限幅值;不饱和——输出未达到限幅值。当调节器饱和时,输出为恒值,输入量的变化不再影响输出,相当与使该调节环开环。当调节器不饱和时,PI作用使输入偏差电压U

在稳态时总是为零

图2.7 双闭环直流调速系统的稳态结构图

α—转速反馈系数β—电流反馈系数

2. 4.3 双闭环直流调速系统数学模型

双闭环控制系统数学模型的主要形式仍然是以传递函数或零极点模型为基础的系统动态结构图。双闭环直流调速系统的动态结构框图如图2.8所示。图中α和β分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。为了引出电流反馈,在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流I d显露出来,如图2.8所示。

图2.8 双闭环直流调速系统的动态结构框图

第3章主电路元部件及参数计算

3.1整流变压器容量计算

3.1.1 次级电压U 2

为了保证负载能正常工作,当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后,晶闸管交流侧的电压U2只能在一个较小的范围内变化,为此必须精确计算整流变压器次级电压U2。此外,为了尽可能的避免电网与晶闸管装置的相互干扰,要求它们相互隔离,故通常要配用整流变压器(一次侧绕组采用△联接,二次侧绕组采用Y 联接)。

影响U 2值的因素有:

(1)U 2值的大小首先要保证满足负载所需求的最大直流值U d ; (2)晶闸管并非是理想的可控开关元件,导通时有一定的管压降,用U T 表示;

(3)变压器漏抗的存在会产生换相压降;

(4)平波电抗器有一定的直流电阻,当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降;

(5)电枢电阻的压降。

综合以上因素得到的U 2精确表达式为:

?

????

???-+????

???????? ??-+=d dm ax m ax 2%10010011I I CU B A nU I I r U K T

d d a N U

ε (3-1)

式中:A= U d0/U 2,表示当控制角α=0°时,整流电压平均值与变压器次

级相电压有效值之比。

B=U da /U d0,表示控制角为α=0°时,整流电压平均值之比。

ε为电网电压波动系数。根据规定,允许波动+5%~-10%,即ε=1.05~0.9。 C 是与整流主电路形式有关的系数。

N

N a U R I r a

=

=0.25。 nU T —表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降。

max d I 为负载电流最大值;max d dN I I λ=所以max

d dN

I I λ=

,λ表示允许过载倍。 在本设计中:对于三相全控桥应有:

A=U d0/U 2=2.34, αcos =B ,C=0.5,K I2=I 2/I d =0.816,

为了保证电动机负载能在额定转速下运转,计算所得的U 2应有一定的裕量,根据经验所知,公式中的控制角α应取30°为宜。所得数据为ε=0.9,A=2.34, 2

3

30cos cos =

==O B α,C=0.5,U K =5 代入式(3-1)有

[]V U 1252100

5

5.0-329.034.22

1-225.012302≈????+?+?=)

()(,U 2可取150V

3.1.2 次级电流I 2和变压器容量S

I 2=K I2?I d (3-2) I 2=0.816×291=237.46A

式中;K I2为各种接线形式时变压器次级电流有效值和负载电流平均值之

比。(1m 、2m 为相数)

S=1/2(S 1+S 2) (3-3)

=m 1U 1I 1=m 2U 2I 2

=3×150×237.46 KVA =106.86KV ≈110KVA 型号可选为SCB-110KVA

3.2 晶闸管的电流及电压定额计算

3.2.1 晶闸管额定电压U TN

额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压U m ,选用时,额定电压要留有一定裕量,一般去额定电压为正常工作晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。因此有:

晶闸管承受的最大反向电压为

V U 3671506322≈?=

故晶闸管的额定电压为

U TN =(2~3)6U 2=(2~3)×367V=735~1102V,取800V

故计算的晶闸管额定电压为800V 。

3.2.2 晶闸管额定电流I N

为使晶闸管元件不因过热而损坏,需要按电流的有效值并留有一定的裕量来计算其电流额定值。即取一般通态平均电流为按此原则所得计算的1.5~2倍。按下式计算:

I N =(1.5~2)K fb I MAX (3-4) 式中: K fb =K f /1.57Kb,由整流电路型式而定,K f 为波形系数,K b 为共阴极或共阳极电路的支路数。

当α=0°时,三相全控桥电路K fb =0.368。 晶闸管额定电流为:

I N (AV )=(1.5~2)K fb I MAX (3-5) =(1.5~2) ×0.368×(291×1.5) =240.95~321.26A ,本设计中取300A 。 故晶闸管型号为MTC300A800V 。

3.3 平波电抗器电感量计算

计算直流回路附加电抗器的电感量时因为电动机电枢和变压器存在漏感,因而,要从所需电感量中,扣除上述两种电感量。

(1) 电枢电感量L M 按下式计算:

)(2103

mH I Pn U K L N N N D M ?= (3-6)

式中,P —电动机磁极对数

K D —计算系数,对一般无补偿电机:K D =8~12 对于本设计,P=2,K D =10。 有L M =1.36mH

(2)整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感L B 按下式计算:

)m (%100100d

2H I U

U K L K B

B ??= (3-7)

式中,U 2—变压器次级相电压有效值 I d —晶闸管装置直流侧的额定负载电流 K B —与整流主电路形式有关的系数 对于本设计,K B =3.9。 有L B =0.1mH

(3) 变流器在最小输出电流I dmin 时仍能维持电流连续时电抗器电感量L 按下式计算:

min

2

d I U K L ?=

(3-8) 式中,K 是与整流主电路形式有关的系数,三相全控桥K 取0.693 有L=4mH

用于限制输出电流的脉动的临界电感L m (单位为mH) 32

102u m d i N

S U L f S I π=

? (3-9)

式中,S i — 电流脉动系数,取 5%~20%; S u —电压脉动系数,三相全控桥S u =0.46 ;

d f —输出电流的基波频率,单位为H Z ,对于三相全控桥d f =300 H Z 。

有L m =2mH 。

本设计中电抗器电感量中 L K =L-2L B -L M =2.44mH ≈3 mH

∑L =4.56mH

T L =4.56/0.4=11.4 mH 本设计所选 L K =3mH 。

3.4 保护电路的计算

3.4.1 过电压保护

过电压保护可分为交流侧和直流侧过电压保护,前常采用的保护措施有阻容吸收装置、硒堆吸收装置、金属氧化物压敏电阻。这里采用金属氧化物压敏电阻的过电压保护。

1.交流侧过电压保护

压敏电阻采用由金属氧化物(如氧化锌、氧化铋)烧结制成的非线性压敏元件作为过电压保护,其主要优点在于:压敏电阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性,在正常工作时只有很微弱的电流(1mA以下)通过元件,而一旦出现过电压时电压,压敏电阻可通过高达数千安的放电电流,将电压抑制在允许的范围内,并具有损耗低,体积小,对过电压反映快等优点。因此,是一种较好的过电压保护元件。本设计采用三相全控桥整流电路,变压器的绕组为△—Y联结,在变压器交流侧,采用压敏电阻的保护回路,如下图3.1所示。

图3.1 二次侧过电压压敏电阻保护

(1)压敏电阻的额定电压选择可按下式:

U

12

mA l

(3-10)

式中,1mA U —压敏电阻的额定电压, VYJ 型压敏电阻的额定电压有:100V 、200V 、440、760V 、1000V 等。

2l U —变压器二次侧的线电压有效值,对于星形接法的线电压等于相电

压,22l U 。

U 1ma ≧488V ;即取760V 。

(2)计算压敏电阻泄放电流初值,即三相变压器时:

02Rm l I =

(3-11) 式中,Z K —能量转换系数,0.3~0.5Z K = 02l I —三相变压器空载线电流有效值 I Rm =11.25A

(3)计算压敏电阻的最大电压 的公式为

1

a

Rm R Rm U K I = (3-12) 式中,R K —压敏元件特性系数;

a —压敏元件非线性系数;一般a 在20~25之间。 在取20a = 时,11.4R mA K U = 有U RM =1200V

2.直流侧过电压保护

整流器直流侧在快速开关断开或桥臂快速熔断等情况,也会在A 、B 之间产生过电压,可以用非线性元气件抑制过电压,本设计压敏电阻设计来解决过电压时(击穿后),正常工作时漏电流小、损耗低,而泄放冲击电流能力强,抑制过电压能力强,除此之外,它对冲击电压反应快,体积又比

双闭环直流调速系统

题目:双闭环直流调速系统的设计与仿真 已知:直流电动机:P N=60KW,U N=220V,I N=305A,n N=1000r/min,λ=2,R a=0.08, R rec=0.1, T m=0.097s, T l=0.012s, T s=0.0017s, 电枢回路总电阻R=0.2Ω。设计要求:稳态无静差,σ ≤5%,带额定负载起动到额定转速的转速超调σn≤10%。(要求完 i 成系统各环节的原理图设计和参数计算)。 系统各环节的原理图设计和参数计算,包括主电路、调节器、电流转速反馈电路和必要的保护等,并进行必要的计算。按课程设计的格式要求撰写课程设计说明书。 设计内容与要求:1、分析双闭环系统的工作原理 2、改变调节器参数,分析对系统动态性能的影响 3、建立仿真模型

1.双闭环直流调速系统的原理及组成 对于正反转运行的调速系统,缩短起,制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此,在起动(或制动)过渡过程中,希望始终保持电流(电磁转矩)为允许的最大值,是调速系统以最大的加(减)速度运行。当到达稳态转速时,最好使电流立即降下来,使电磁转矩与负载转矩相平衡,从而迅速转入稳态运行。实际上,由于主电路电感的作用,电流不可能突变,为了实现在允许条件下的最快起动,关键是要获得一段使 电流保持为最大值dmI的恒流过程。按照反馈控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变,采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。 为了使转速和电流两种负反馈分别起作用,可在系统中设置两个调节器,分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流,二者之间实行嵌套连接,如图1所示。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。从闭环结构上看,电流环在里面,称做内环;转速环在外面,称做外环。这就形成了转速电流负反馈直流调速系统。为了获得良好的静动态性能,转速和电流两个调节器一般采用PI调节器。 2.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*nU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

转速电流双闭环直流调速系统实训设计说明

摘要 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。 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。 本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制,设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器,通过在DJDK-1型电力电子技术及电机控制试验装置上的调试,并应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。

在转速闭环直流调速系统中,只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护,缺少对电枢电流的精确控制,也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力,因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环,即按照快速起动和制动的要求,实现对电枢电流的精确控制,实质上是在起动或制动过程的主要阶段,实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。 一、设计要求 设一个转速、电流双闭环直流调速系统,采用双极式H桥PWM方式驱动,已知电动机参数为:

转速电流双闭环可逆直流调速系统仿真与设计方案

《运动控制》课程设计题目:转速,电流双闭环可逆直流宽频调速系统设计 系部:自动化系 专业:自动化 班级:自动化1班 学号:11423006 11423025 11423015 姓名:杨力强.丁珊珊.赵楠 指导老师:刘艳 日期:2018年5月26日-2018年6月13日

一、设计目的 应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法,结合生产实际,确定系统的性能指标与实现方案,进行运动控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术,通过在MA TLAB软件上建立运动控制系统的数学模型,对控制系统进行性能仿真研究,掌握系统参数对系统性能的影响。 在原理设计与仿真研究的基础上,应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计,为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。 二、系统设计参数 直流电动机控制系统设计参数:< 直流电动机(3> ) 输出功率为:5.5Kw 电枢额定电压220V 电枢额定电流 30A 额定励磁电流1A 额定励磁电压110V 功率因数0.85 电枢电阻0.2欧姆 电枢回路电感100mH 电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数=1.5 额定转速 970rpm 直流电动机控制系统设计参数 环境条件: 电网额定电压:380/220V。电网电压波动:10%。 环境温度:-40~+40摄氏度。环境湿度:10~90%. 控制系统性能指标: 电流超调量小于等于5%。 空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%。 调速范围D=20。 静差率小于等于0.03.

1、设计内容和数据资料 某直流电动机拖动的机械装置系统。 主电动机技术数据为: ,,,电枢回路总电阻,机电时间常数 ,电动势转速比,Ks=40,,Ts=0.0017ms,电流反馈系数,转速反馈系数,试对该系统进行初步设计。2、技术指标要求 电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间,电流超调量,空载起动到额定转速时的转速超调量。 三、主电路方案和控制系统确定 主电路选用直流脉宽调速系统,控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流,逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD和PWM变换器。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原理图

转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计(课程设计完整版)

湖南科技大学 信息与电气工程学院 《课程设计报告》 题目:转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 专业:电气工程及其自动化 班级: 姓名: 学号: 指导教师:

任务书 题 目 转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 时 间安排 2013年下学期17,18周 目 的: 应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法,结合生产实际,确定系统的性能指标与实现方案,进行运动控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术,通过在MATLAB 软件上建立运动控制系统的数学模型,对控制系统进行性能仿真研究,掌握系统参数对系统性能的影响。 在原理设计与仿真研究的基础上,应用PROTEL 进行控制系统的印制板的设计,为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。 要 求:电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间s T s 1.0≤,电流超调量%5%≤i σ,空载起动到额定转速时的转速超调量%30%≤n σ。 总体方案实现:主电路选用直流脉宽调速系统,控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流,逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT 构成H 型双极式控制可逆PWM 变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM 、逻辑延时环节DLD 、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD 和PWM 变换器。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。 指导教师评语: 评分等级:( ) 指导教师签名:

【VIP专享】运动控制系统课程设计报告

《运动控制系统》课程设计报告 时间 2014.10 _ 学院自动化 _ 专业班级自1103 _ 姓名曹俊博 __ 学号 41151093 指导教师潘月斗 ___ 成绩 _______

摘 要 本课程设计从直流电动机原理入手,建立V-M双闭环直流调速系统,设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构,其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电,触发器采用KJ004触发电路,系统无静差;符合电流超调量σi≤5%;空载启动到额定转速超调量σn≤10%。并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能,且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。 关键词:双闭环;直流调速;无静差;仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words:double closed loop;DC speed control system;without the static poor;simulation

双闭环直流调速系统

转速、电流双闭环调速系统 班级:铁道自动化091 姓名:陈涛 指导老师:严俊 完成日期:2011-10-31 湖南铁道职业技术学院

目录 摘要 (3) 一、直流调速介绍 (4) 1、调速定义 (4) 2、调速方法 (4) 3、调速指标 (4) 二、双闭环直流调速系统介绍 (5) 1、转速、电流双闭环调速系统概述 (5) 2、转速、电流双闭环调速系统的组成 (6) 3、PI调节器的稳态特征 (7) 4、起动过程分析 (8) 5、动态性能 (11) 6、两个调节器的作用 (11) 三、总结 (12)

摘要 随着近代电力电子技术和计算机的发展以及现代控制理论的应用,自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进,以达到高速、优质、高效率地生产。在大多数综合自动化系统中,自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。 本文讲述的是转速、电流双闭环直流调速系统,通过学习使我对转速、电流双闭环直流调速系统的组成、调速器的稳态特性和作用以及系统的动态特性有了一定的了解。该系统是在单闭环系统的基础上加以改进后完成的,通过对电力拖动自动控制系统的学习,我们里了解到转速、电流双闭环直流调速系统相对于单闭环调速系统的一些优势,它是通过转速反馈和电流反馈两个环节分别起作用的。 通过这次的学习,我懂得了很多,具有了通过运用理论上所掌握的知识来独立发现问题、思考问题、解决问题的能力,在这次的论文中,我有一次重新学习了转速、电流双闭环直流调速系统,使我这一系统有了更进一步的了解。

转速、电流双闭环调速系统 一、直流调速介绍 1、调速定义 调速是指在某一具体负载情况下,通过改变电动据或电源参数的方法,使机械特性曲线得以改变,从而使电动机转速发生变化或保持不变。 2、调速方法 1.调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压,从电动机额定转速向下变速,属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无 级平滑调速的系统来说,这种方法最好。变化遇到的时间常数较小,能快速响应,但是需要大容量可调直流电源。 2.改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速,但只能减弱磁通进行调速(简称弱磁调速),从电机额定转速向上调速,属恒功率调速方 法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多,响应速度较慢,但所需电源容量小。 3.改变电枢回路电阻 <。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法,设备简单,操作方便。但是只能进行有级调速,调速平滑性差,机械特性较软;空载时几乎没什么调速作用;还会在调速电阻上消耗大量电能。 3、调速指标 1.调速范围(包括:恒转矩调速范围/恒功率调速范围),

实验二转速、电流双闭环直流调速系统

实验二 转速、电流双闭环直流调速系统 一、实验目的 1.了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。 2.掌握双闭环直流调速系统的调试步骤,方法及参数的整定。 3.测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。 4.了解调节器参数对系统动态性能的影响。 二、实验系统组成及工作原理 双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制,由于调速系统调节的主要参量是转速,故转速环作为主环放在外面,而电流环作为副环放在里面,可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如实验图2-1所示。 实验图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统 主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时,首先给电动机加上额定励磁,改 变转速给定电压* n U 可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR 、电流调节器ACR 均设有 限幅电路,ASR 的输出*i U 作为ACR 的给定,利用ASR 的输出限幅*im U 起限制起动电流的作 用;ACR 的输出c U 作为触发器TG 的移相控制电压,利用ACR 的输出限幅cm U 起限制αmin 的作用。 当突加给定电压*n U 时,ASR 立即达到饱和输出* im U ,使电动机以限定的最大电流I dm 加速起动,直到电动机转速达到给定转速(即* n n U U )并出现超调,使ASR 退出饱和,最后稳 定运行在给定转速(或略低于给定转速)上。 三、实验设备及仪器 1.主控制屏NMCL-32 2.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组 3. NMCL -18挂箱、NMCL-333挂箱及电阻箱 4.双踪示波器 5.万用表 四、实验内容

1.调整触发单元并确定其起始移相控制角,检查和调整ASR 、ACR ,整定其输出正负限幅值。 2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α,整定过电流保护动作值。 3.研究电流环和转速环的动态特性,将系统调整到可能的最佳状态,画出)(t f I d =和)(t f n =的波形,并估算系统的动态性能指标(包括跟随性能和抗扰性能) 。 4.测定高低速时系统完整的静特性)(d I f n =(包括下垂段特性),并计算在一定调速范围内系统能满足的静态精度。 五、实验步骤及方法 1.多环调速系统调试的基本原则 (1)先部件,后系统。即先将各环节的特性调好,然后才能组成系统。 (2)先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行,然后在确定电流和转速均为负反馈后组成闭环系统。 (3)先内环,后外环。即闭环调试时,先调电流内环,然后再调转速外环。 2.单元部件参数整定和调试 (1)主控制屏开关按实验内容需要设置 (2)触发器整定 将面板上的U blf 端接地,调整锯齿波触发器的方法同实验1。 (3)调节器调零 断开主回路电源开关SW ,给定电压U g 接到零速封锁器DZS 输入端,并将DZS 的输出接到ASR 和ACR 的封锁端。控制系统按开环接线,ASR 、ACR 的反馈回路电容短接,形成低放大系数的比例调节器。 a)ASR 调零 将调节器ASR 的给定及反馈输入端接地,调节ASR 的调零电位器,使ASR 的输出为零。 b)ACR 调零 将调节器ACR 的给定及反馈输入端接地,调节ACR 的调零电位器,使ACR 的输出为零。 (4)调节器输出限幅值整定 a)ASR 输出限幅值整定 ASR 按比例积分调节器接线,将U g 接到ASR 的输入端,当输入U g 为正而且增加时,调节 ASR 负限幅电位器,使ASR 输出为限幅值* im U ,其值一般取为8~6--V 。 b)ACR 输出限幅值整定 整定ACR 限幅值需要考虑负载的情况,留有一定整流电压的余量。ACR 按比例积分调节器接线,将g U 接到ACR 的输入端,用ACR 的输出c U 去控制触发移相,当输入g U 为负且增加时,通过示波器观察到触发移相角α移至οο30~15min =α时的电压即为ACR 限幅值U cm ,可通过ACR 正限幅电位器锁定。 3.电流环调试(电动机不加励磁) (1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。 整定时ASR 、ACR 均不接入系统,系统处于开环状态。直接用给定电压g U 作为c U 接到移相触发器GT 以调节控制角α,此时应将电动机主回路中串联的变阻器M R 放在最大值处,

直流电动机可逆调速系统设计 (1)要点

摘要 本次课程设计直流电机可逆调速系统利用的是双闭环调速系统,因其具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点,所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析,对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明,介绍了其主电路、检测电路的设计,介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及系统中一些参数的计算。 关键词:双闭环,可逆调速,参数计算,调速器。

目录 1. 设计概述 (1) 1.1 设计意义及要求 (1) 1.2 方案分析 (1) 1.2.1 可逆调速方案 (1) 1.2.2 控制方案的选择 (2) 2.系统组成及原理 (4) 3.1设计主电路图 (7) 3.2系统主电路设计 (8) 3.3 保护电路设计 (8) 3.3.1 过电压保护设计 (8) 3.3.2 过电流保护设计 (9) 3.4 转速、电流调节器的设计 (9) 3.4.1电流调节器 (10) 3.4.2 转速调节器 (10) 3.5 检测电路设计 (11) 3.5.1 电流检测电路 (11) 3.5.2 转速检测电路 (11) 3.6 触发电路设计 (12) 4. 主要参数计算 (14) 4.1 变压器参数计算 (14) 4.2 电抗器参数计算 (14) 4.3 晶闸管参数 (14) 5设计心得 (15) 6参考文献 (16)

直流电动机可逆调速系统设计 1.设计概述 1.1设计意义及要求 直流电动机具有良好的起、制动性能,宜于在大范围内实现平滑调速,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,直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础,所以应该首先掌握直流拖动控制系统。本次设计最终的要求是能够是电机工作在电动和制动状态,并且能够对电机进行调速,通过一定的设计,对整个电路的各个器件参数进行一定的计算,由此得到各个器件的性质特性。 1.2 方案分析 1.2.1 可逆调速方案 使电机能够四象限运行的方法有很多,可以改变直流电机电枢两端电压的方向,可以改变直流电机励磁电流的方向等等,即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。 电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小,适用于被控电机容量很小的情况,励磁电路中需要串接很大的电感,调速时,电机响应速度较慢,且需要设计很复杂的电路,故在设计中不采用这种方式。 电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下,且控制电路相对简单,电枢反接反向过程很快,在实际应用中常常采用,本设计中采用该方法。 电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式,两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动,可以做到互不干扰。 图1-1 两组晶闸管反并联示意图

直流PWMM可逆调速系统的设计与仿真

基础课程设计(论文) 直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真 专业:电气工程及其自动化 指导教师:刘雨楠 小组成员:陈慧婷(20114073166) 石文强(20114073113) 刘志鹏(20114073134) 张华国(20114073151) 信息技术学院电气工程系 2014年10月20日

摘要 当今,自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展,而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统,它主要由三部分组成,包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来,直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点,一直在传动领域占有统治地位。微机技术的快速发展,在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究,从直流调速系统原理出发,逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型,用微机硬件和软件发展的最新成果,探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法,研究工作在对控制对象全面回顾的基础上,重点对控制部分展开研究,它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨,控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富,运算速度快的特点,采取软件和硬件相结合的措施,实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法,研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面,讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。 关键词:直流可逆调速数字触发PWM 数字控制器

案例转速电流双闭环直流调速系统

案例转速、电流双闭环直流调速系统 一、概述 现以ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置(简称ZCC1系列)为例,来阐述晶闸管—电动机直流调速系统分析、调试的一般方法与步骤。该装置的基本性能如下: (1)装置的负荷性质按连续工作制考核。 (2)装置在长期额定负荷下,允许150%额定负荷持续二分钟,200%额定负荷持续10秒钟,其重复周期不少于1小时。 (3)装置在交流进线端的电压为(0.9~1.05)380伏时,保证装置输出端处输出额定电压和额定电流。电网电压下降超过10%范围时输出额定电压同电源电压成正比例下降。 (4)装置在采用转速反馈情况下,调速范围为20∶1,在电动机负载从10%~100%额定电流变化时,转速偏差为最高转速的0.5%(最高转速包括电动机弱磁的转速)。转速反馈元件采用ZYS型永磁直流测速发电机。 (5)装置在采用电动势反馈(电压负反馈、电流正反馈)时,调速范围为10∶1,电流负载从10%~100%变化时,转速偏差小于最高转速的5%(最高转速包括电动机弱磁的转速)。 (6)装置在采用电压反馈情况下,调压范围为20∶1,电流负载从10%~100%变化时,电压偏差小于额定电压的0.5%。 (7)装置给定电源精度,在电源电压下降小于10%以及温度变化小于±10℃时,其精度为1%。 二、系统的组成 1、主电路 ZCC1系列装置主电路采用三相桥式全控整流电路,交流进线电源通过三相整流变压器或者交流进线电抗器接至380V交流电源。为了使电机电枢电流连续并减小电流脉动以改善电动机的发热和换向,在直流侧接有滤波电抗器L。 2、控制系统 ZCC1系列晶闸管直流调速装置的控制系统采用速度(转速)电流双闭环控制系统,其原理方框图如图3-1所示

H桥可逆直流调速系统设计与实验

CDIO课程项目研究报告 项目名称:H桥可逆直流调速系统设计与实验 姓名; 指导老师: 日期:

摘要 本设计的题目是基于SG3525的双闭环直流电机调速系统的设计。SG3525是电流控制型PWM控制器,所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是目前比较理想的新型控制器。如果对系统的动态性能要求较高,则单闭环系统就难以满足需要。而转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差;构成的滞后校正,可以保证稳态精度;虽快速性的限制来换取系统稳定的,但是电路较简单。所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。本设计选用了转速、电流双闭环调速控制电路,本课题内容重点包括调速控制器的原理,并且根据原理对转速调节器和电流调节器进行了详细地设计。概括了整个电路的动静态性能,最后将整个控制器的电路图设计完成,并且进行仿真。 关键词:双闭环直流可逆调速系统、H桥驱动电路、SG3525信号产生电路、PI调节器、MATLAB仿真

前言 随着交流调速的迅速发展,交流调速技术越趋成熟,但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场,并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高,如要求快速起制动、突加负载动态速降时,单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中,只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的,但它只是在超过临界电流值以后,靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击,并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中,在电机最大电流受限的条件下,充分利用电机的允许过载能力,最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动,到达稳定转速后,又让电流立即降下来,使转矩马上与负载相平衡,从而转入稳态运行。实际上,由于主电路电感的作用,电流不能突跳,为了实现在允许条件下最快启动,关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程,按照反馈控制规律,电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈,而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端,到达稳态转速后,又希望只要转速负反馈,不要电流负反馈发挥主作用,因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 项目预期成果: 设计一个双闭环可逆直流无静差调速系统,其稳态性能指标实现要求如下:电流超调量S≤5%调速范围 D=20;其动态性能指标:转速超调量δn=10%;调整时间时间ts=2s;电流超调量δi≤5% 。

运动控制系统课程设计报告

《运动控制系统》课程设计报告 时间2014.10 _ 学院自动化 _ 专业班级自1103 _ 姓名曹俊博__ 学号 指导教师潘月斗 ___ 成绩 _______

摘要 本课程设计从直流电动机原理入手,建立V-M双闭环直流调速系统,设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构,其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电,触发器采用KJ004触发电路,系统无静差;符合电流超调量σi≤5%;空载启动到额定转速超调量σn≤10%。并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能,且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。 关键词:双闭环;直流调速;无静差;仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words:double closed loop;DC speed control system;without the static poor;simulation

H桥可逆直流调速系统设计与实验(1)

燕山大学 CDIO课程项目研究报告 项目名称: H桥可逆直流调速系统设计与实验 学院(系):电气工程学院 年级专业: 学号: 学生: 指导教师: 日期: 2014年6月3日

目录 前言 (1) 摘要 (2) 第一章调速系统总体方案设计 (3) 1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 (3) 1.2.稳态结构图和静特 (4) 1.2.1各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (6) 1.3双闭环脉宽调速系统的动态性能 (7) 1.3.1动态数学模型 (7) 1.3.2起动过程分析 (7) 1.3.3 动态性能和两个调节器的作用 (8) 第二章 H桥可逆直流调速电源及保护系统设计 (11) 第三章调节器的选型及参数设计 (13) 3.1电流环的设计 (13) 3.2速度环的设计 (15) 第四章Matlab/Simulink仿真 (17) 第五章实物制作 (20) 第六章性能测试 (22) 6.1 SG3525性能测试 (22) 6.2 开环系统调试 (23) 总结 (26) 参考文献 (26)

前言 随着交流调速的迅速发展,交流调速技术越趋成熟,以及交流电动机的经济性和易维护性,使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场,并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高,如要求快速起制动、突加负载动态速降时,单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中,只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的,但它只是在超过临界电流值以后,靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击,并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中,在电机最大电流受限的条件下,充分利用电机的允许过载能力,最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动,到达稳定转速后,又让电流立即降下来,使转矩马上与负载相平衡,从而转入稳态运行。实际上,由于主电路电感的作用,电流不能突跳,为了实现在允许条件下最快启动,关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程,按照反馈控制规律,电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈,而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端,到达稳态转速后,又希望只要转速负反馈,不要电流负反馈发挥主作用,因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 项目预期成果: 设计一个双闭环可逆直流调速系统,实现电流超调量小于等于5%;转速超调量小于等于5%;过渡过程时间小于等于0.1s的无静差调速系统。 项目分工:参数计算: 仿真: 电路设计: 电路焊接: PPT答辩: 摘要

双闭环直流调速系统工作原理

双闭环直流调速系统设计 内容摘要 电机自动控制系统广泛应用于各行业,尤其是工业。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.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。有效地控制电机,提高其运行性能,具有很好的现实意义。本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计,根据直流调速双闭环控制系统的工作原理以及介绍变频调速技术的发展概况,变频调速技术的发展趋势关键词:双闭环控制系统,转速控制环,系统现状,发展趋势 英文翻译:Electrical automatic control system widely used in various industries, especially in industry. Most of the production machinery used in these industries motor as a prime mover. Effectively control electricity. Dc motor has a good start, braking performance, adaptable to smooth speed regulation in large scale, in many need to speed or fast forward and reverse has been widely used in the area of electric drive. Effectively control motor, improve its operation performance, has the very good practical significance. I ntroduced in this paper, based on the engineering design to the design of dc speed regulating system, the working principle of the double closed loop control system of dc speed regulating and also I ntroduce the development general situation and the development trend Key words: double closed loop control system, speed control loop, th e status quo,the development of trend 一:引言 矿井提升机是煤矿、有色金属矿中的重要运输设备,是“四大运转设备”之一。矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点,且工作状况经常交替转换。 近几年,交流调速飞速发展,逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。直流调速理论基础是经典控制理论,而交流调速主要依靠现代控制理论。不过最近研制成功的直流调速器,具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、

转速电流双闭环直流调速系统设计

电力拖动自控系统课程设 计报告 题目转速电流双闭环直流调速系统设 计 学院:电子与电气工程学院 年级专业:2012级电气工程及其自动化(电力传动方向)姓名: 学号: 指导教师: 成绩:

电力拖动自动控制系统综合课程设计 设计任务书 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,基本数据为: 直流电动机:kW 5.7P N =,V 400U N =,A 8.21I N = ,min /r 3000N =n , W 716.0R a =,电枢回路总电阻Ω=75.1R ,电枢电路总电感mH 60L =,电流允许 过载倍数5.1=λ,折算到电动机轴的飞轮惯量22m N 64.2GD ?=。励磁电流为1.77A 。 晶闸管整流装置放大倍数40K s =,滞后时间常数s 0017.0T s = 电流反馈系数)I 5.1/V 15(A /V 4587.0βN ≈= 电压反馈系数)/V 15(r m in/V 005.0αN n ≈?= 滤波时间常数s 002.0T oi =,s 01.0T on = V 15U U U cm *im *nm ===;调节器输入电阻Ω=K 40R o 。

设计要求:稳态指标:无静差; 动态指标:电流超调量00i 5≤σ;采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。 目 录 1 概述 (1) 1.1问题的提出 ............................................................................................................ 1 1.2解决的问题 ............................................................................................................ 1 1.3实现目标要求设计 . (1) 2 主电路计算 (2) 2.1整流变压器的计算 .............................................................................................. 2 2.2晶闸管及其元件保护选择 (2) 3 直流双闭环调速系统设计 (8) 3.1转速和电流双闭环调速系统的组成 .............................................................. 8 3.2系统静态结构图及性能分析 ............................................................................ 9 3.3系统动态结构图及性能分析 .. (10)

逻辑无环流直流可逆调速系统设计

; 课程设计任务书 学生姓名:苌城专业班级:自动化0706 指导教师:饶浩彬工作单位:自动化学院 题目: 逻辑无环流直流可逆调速系统设计 初始条件: 1.技术数据: 晶闸管整流装置:R rec=Ω,K s=40。 / 负载电机额定数据:P N=,U N=230V,I N=37A,n N=1450r/min,R a=Ω,I fn=1.14A, GD2= 系统主电路:T m=,T l= 2.技术指标 稳态指标:无静差(静差率s≤2, 调速范围D≥10) 动态指标:电流超调量:≤5%,起动到额定转速时的超调量:≤8%,(按退饱和方式计算) 要求完成的主要任务: ? 1.技术要求: (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节,负载电机可逆运行,具有较宽的调速范围(D≥10),系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统静特性良好,无静差(静差率s≤2) (3) 动态性能指标:转速超调量δn<8%,电流超调量δi<5%,动态速降Δn≤10%,调速系统的过渡过程时间(调节时间)t s≤1s (4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 (5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护,并且有制动措施

2.设计内容: ! (1) 根据题目的技术要求,分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成,画出系统组成的原理框图 (2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算(包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等) (3) 动态设计计算:根据技术要求,对系统进行动态校正,确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算,使调速系统工作稳定,并满足动态性能指标的要求 (4) 绘制逻辑无环流直流可逆调速系统的电气原理总图(要求计算机绘图) (5) 整理设计数据资料,课程设计总结,撰写设计计算说明书 时间安排: 课程设计时间为一周半,共分为三个阶段: (1): (2)复习有关知识,查阅有关资料,确定设计方案。约占总时间的20% (3)根据技术指标及技术要求,完成设计计算。约占总时间的40% (4)完成设计和文档整理。约占总时间的40% 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月日 】

运动控制系统实验指导书分解

运动控制系统 实验指导书 赵黎明、王雁编 广东海洋大学信息学院自动化系

直流调速 实验一不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 一.实验目的 1.研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。 2.研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。 3.学习反馈控制系统的调试技术。 二.预习要求 1.了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。 2.弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。 三.实验线路及原理 见图6-7。 四.实验设备及仪表 1.MCL系列教学实验台主控制屏。 2.MCL—18组件(适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件(适合MCL—Ⅲ)。 3.MCL—33(A)组件或MCL—53组件。 4.MEL-11挂箱 5.MEL—03三相可调电阻(或自配滑线变阻器)。 6.电机导轨及测速发电机、直流发电机M01(或电机导轨及测功机、MEL—13组件)。 7.直流电动机M03。 8.双踪示波器。 五.注意事项 1.直流电动机工作前,必须先加上直流激磁。 2.接入ASR构成转速负反馈时,为了防止振荡,可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底,使调节器放大倍数最小,同时,ASR的“5”、“6”端接入可调电容(预置7μF)。 3.测取静特性时,须注意主电路电流不许超过电机的额定值(1A)。 4.三相主电源连线时需注意,不可换错相序。 5.电源开关闭合时,过流保护发光二极管可能会亮,只需按下对应的复位开关SB1

即可正常工作。 6.系统开环连接时,不允许突加给定信号U g起动电机。 7.起动电机时,需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底,以免带负载起动。 8.改变接线时,必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮,同时使系统的给定为零。 9.双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接,故在使用时,必须使两探头的地线同电位(只用一根地线即可),以免造成短路事故。 六.实验内容 1.移相触发电路的调试(主电路未通电) (a)用示波器观察MCL—33(或MCL—53,以下同)的双脉冲观察孔,应有双脉冲,且间隔均匀,幅值相同;观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形,应有幅值为1V~2V 的双脉冲。 (b)触发电路输出脉冲应在30°~90°范围内可调。可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。例如:使ASR输出为0V,调节偏移电压,实现α=90°;再保持偏移电压不变,调节ASR的限幅电位器RP1,使α=30°。 2.求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。 a.断开ASR的“3”至U ct的连接线,G(给定)直接加至U ct,且Ug调至零,直流电机励磁电源开关闭合。 b.合上主控制屏的绿色按钮开关,调节三相调压器的输出,使U uv、Uvw、Uwu=200V。 注:如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ,无三相调压器,直接合上主电源。以下均同。 c.调节给定电压U g,使直流电机空载转速n0=1500转/分,调节测功机加载旋钮(或直流发电机负载电阻),在空载至额定负载的范围内测取7~8点,读取整流装置输出电压U d 3.带转速负反馈有静差工作的系统静特性 a.断开G(给定)和U ct的连接线,ASR的输出接至U ct,把ASR的“5”、“6”点短接。 b.合上主控制屏的绿色按钮开关,调节U uv,U vw,U wu为200伏。 c.调节给定电压U g至2V,调整转速变换器RP电位器,使被测电动机空载转速n0=1500转/分,调节ASR的调节电容以及反馈电位器RP3,使电机稳定运行。 调节测功机加载旋钮(或直流发电机负载电阻),在空载至额定负载范围内测取7~8

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