1设计分析
直流双循环调速系统调节器包括转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR）,从而分别引入了转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行串级连接。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。电流环称为内环，转速环称为外环。其中转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压*
U变化，稳态时可
n
减小转速误差，同时可以对负载变化起抗扰作用，其输出限幅电压决定了电流给定的最大值；电流调节器作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压*
U（即外环调节器的输出量）变化，同时对电网电压的波
i
动起及时抗扰作用，在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程，并在电动机超载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起到自动保护与恢复的作用。根据设计要求，系统要求稳态无误差，故选用带限幅作用的PI调节器。系统原理图如图1-1所示。
图1-1双闭环调速系统原理图
2系统设计及参数计算
2.1系统总体设计
2．1.1 H型双极式PWM原理
系统整流装置采用脉宽调制器。脉宽调制器的作用是用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而改变
平均输出电压的大小，以调节电机的转速。
对于转速、电流双闭环控制的H 型双极式PWM 直流调速系统，电动机M 两端电压AB U 的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。通过调节开关管的导通和关断时间，即占空比，可以达到对直流电机进行调速的目的，其原理图如图2-1所示。H 型双极性PWM 变换器及其四个驱动电压波形分别如图2-2所示。
图2-1 桥式可逆PWM 变换器电路
图2-2 双极式控制可逆PWM 变换器的驱动电压、输出电压和电流波形
它们的关系是：g1g4g2g3U U U U ==-=-。在一个开关周期内，当0t t on ≤≤时，晶体管VT1、VT4饱和导通而VT2、VT3截止，这时AB U Us =。当t t T on ≤≤时，VT1、VT4截止，但VT2、VT3不能立即导通，电枢电流d I 经VD2、VD3续流，
这时AB U -Us =。AB U 在一个周期内正负相间，这是双极式PWM 变换器的特征，其电压、电流波形上图所示。电动机的正反转体现在驱动电压正负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时，≥on t T/2，则AB U 的平均值为正，电动机正转；当正脉冲较窄时，则反转。如果正负脉冲相等，=on t T/2，平均输出电压为零，则电动机停止转动。
双极式控制可逆PWM 变换器的输出平均电压为
t T -t 2t U d U s U s -1U s T T T
o n o n o n =-=（） (2-1) 如果定义占空比T t on =ρ，电压系数s
d U U =γ，则在双极式可逆变换器中 1-2ργ= (2-2) 调速时，ρ的可调范围0~1，相应的1~1-=γ。 当12ρ
，γ为正，电动机正转； 当2
1 ρ时，γ为负，电动机反转； 当2
1=ρ时，γ=0，电动机停止。 电动机停止时电枢电压不等于零，是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。
2．1.2双闭环调速系统结构图
系统稳态结构图如图3-3所示。
图2-3 双闭环调速系统稳态结构图 系统的动态结构图如图2-4所示。
图2-4 双闭环调速系统动态结构图
其中α、β分别为转速回馈系数和电流回馈系数，根据已知条件代入以下公式：
电流回馈系数：
**10 1.35V /A 2 3.7
im im dm nom U U I I βλ====? 转速回馈系数：
*100.05V min/200im nom U r n α===?
2．1.3双闭环调速系统启动过程分析
图2-5 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形
电机的启动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三种状态，整个动态过程就分成电流上升、恒流升速和转速调节（图2-5中的I 、II 、III ）三个阶段。
第Ⅰ阶段：0～1t 是电流上升阶段。突加给定电压n U *后，通过两个调节器的
控制作用，使U ct 、0d U 、d I 都上升，当d dL I I >后，电动机开始转动。由于电机
惯性的作用，转速的增长不会太快，因而ASR 的输入偏差电压*n n n U U U ?=-数
值较大并使其输出达到饱和值*im U ，强迫电流d I 迅速上升。当d d m I I =时，i im
U U *≈，电流调节器ACR 的作用使d I 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 一般不饱和，以保证电流环的调节作用。
第Ⅱ阶段：12~t t 是恒流加速阶段。这一阶段是起动过程的主要阶段。在这
个阶段中，ASR 一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒流给
定*im U 作用下的电流调节系统，基本上保持电流d I 恒定（电流可能超调，也可能不超调，取决于ACR 的参数），因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增加。又0d d d e U R I C n ?=+，n ↑→0d U ↑→ct U ↑，这样才能保持d I const =。由于ACR 是PI 调节器，要使它的输出量按线性增长，其输入偏差电压*i i i U U U ?=-必须维持一定的恒值，也就是说，d I 应略低于dm I 。此外还应指出，为了保证电流环的这种调节作用，在起动过程中电流调节器是不能饱和的，同时整流装置的最大电流0d m U 也须留有余地，即晶闸管装置也不应饱和，这都是设计中必须注意的。
第Ⅲ阶段：2t 以后是转速调节阶段。此时*n n =，*n n U U =，0n U ?=，但由
于积分作用，**i im U U =，所以电动机仍在最大电流下加速，必然使转速必超调。
当*n n >时，0n U ?<，使ASR 退出饱和状态，其输出电压即ACR 的给定电压*i U 迅速下降，d I 也迅速下降。但由于d dL I I >，在一段时间内，转速仍继续增加。当d dL I I =时，e L T T =，/0dn dt =，n 达到最大值。此后，电动机在负载的阻力下减速，与此相应，电流d I 也出现一段小与dL I 的过程，直到稳定。在这最后的转速调节阶段内，ASR 与ACR 都不饱和，同时起调节作用。由于转速调节在外环，ASR 处于主导地位，而ACR 的作用则是力图使d I 尽快地跟随ASR 的输出量*i U 。
综上所述，双闭环调速系统的起动过程有三个特点：
⑴饱和非线性。在不同情况下表现为不同结构的线性系统。
⑵准时间最优控制。Ⅱ阶段属于电流受限制条件下的最短时间控制。采用饱和非线性控制方法实现准时间最优控制是一种很有使用价值的控制策略，在各种多环
系统中普遍地得到应用。
⑶转速必超调。按照PI 调节器的特性，只有转速超调，ASR 的输入偏差电压n U ?为负值，才能使ASR 退饱和。这就是说，采用P I 调节器的双死循环调速系统的转速必超调。
2.2电流调节器设计及参数计算
电流环的动态结构中反电动势与电流回馈的作用相交叉。这给设计工作带来麻烦。实际上，反电动势与转速成正比，它代表转速对电流的影响。在一般情况下，系统的电磁时间常数l T 远小于机电时间常数m T ，因此，转速变化往往比电
流变化慢得多。对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的变化过程中，可以认为电动势基本不变，即0E ?≈。这样，在按动态性能设计电流环时，暂不考虑反电动势变化的动态影响。也就是说，暂且把反电动势的作用去掉，得到忽略电动势影响的电流环近似结构图。同时，由于s T 和oi T 一般都比l T 小得多，可以当作小惯性群而近似的看作是一个惯性环节。简化后的电流环的动态结构图如2-6所示。
*
图
2-6 简化后电流环动态结构图
图2-7为含给定滤波及回馈滤波的模拟式PI 调节器，图中*i U 为电流给定电
压，d I β-为电流负反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压c U 。
图2-7 含给定滤波及回馈滤波的模拟式PI 调节器
电流调节器参数计算：
⑴确定时间常数：
1）PWM 变换器滞后时间常数s T 。PWM 变换器输出平均电压按线性规律变化，但
其响应会有延迟，最大的时延是一周开关周期T 。
一般选取：
10.001s T s f
== 其中，f 为开关器件IGBT 的频率。
2） 电流滤波时间常数oi T 。这里取10.001oi T ms s ==。
3） 电流环小时间常数之和i T ∑。按小时间常数近似处理，取
0.0010.0010.002s i oi T T T s ∑=+=+=。
⑵选择电流调节器结构：
根据设计要求5%i σ≤，并保证稳态电流无差，可按典型I 型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性的，因此可用PI 型电流调节器，其传递函数为：
(1)()i i ACR i K s W s s ττ+=
(2-3) 检查电源电压的抗扰性能：
l i T 0.0157.5T 0.002
∑== 参看典型I 型系统动态抗扰性能，各项指针都是可以接受的。
⑶计算电流调节器参数：
电流调节器超前时间常数：0.015i l T s τ==。电流环开环增益：要求5%i σ≤时，按“西门子最佳整定原则”，取0.5I i K T ∑=，因此
10.5250s 0.002
I K -== 于是ACR 的比例系数为
2500.0153 1.7364.8 1.35
I i i s K R K K τβ??===? ⑷校验近似条件：
电流环截止频率：1250ci I w K s -==
1） 校验晶闸管整流装置传递函数的条件
111196.1330.0017
ci s s w T -=≈>? 满足近似条件。
2） 校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件。
154.7ci s ω-==< 满足近似条件。 3） 校验电流环小时间常数近似处理条件。
1333.3ci s ω-==> 满足近似条件。
⑸ 计算调节器电阻和电容。
电流调节器原理图如图2-7，按所用运算放大器取Ω=k 20R 0，各个电阻和电容值的计算如下：
Ω=?==k 72.3420736.1R 0i R K i ，取40Ωk ；
F R i i
μτ37.010
40015.0C 3i =?==，取0.4F μ； F .20102001.004R T 4C 3
0oi oi μ=??==，取0.2F μ。 2.3转速调节器设计及参数计算
和电流环一样，把转速给定滤波和回馈滤波同时等效移到环内前向通道上，并将两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为n T ∑的惯性环节，为了满足设计要求转速无差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR 中，由于在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此开环传递函数应共有两个积分环节，应该设计成典型Ⅱ型系统。不考虑负载扰动时，校正简化后的调速系统动态结构图如图2-8所示。
*
图2-8 简化后转速环动态结构图
图3-9为含给定滤波及回馈滤波的模拟式PI 转速调节器，图中*n U 为转速给
定电压，n α-为转速负反馈电压，调节器的输出就是电流调节器的给定电压*i U 。
图2-9含给定滤波及回馈滤波的模拟式PI 转速调节器
转速调节器参数计算：
⑴确定时间常数：
1） 电流环等效时间常数1I
K 。取0.5I i K T ∑=，则 1220.0020.004s i I
T K ∑==?= 2） 转速滤波时间常数on T 。根据所用测速发电机纹波情况，取
0.005on T s =
3） 转速环小时间常数n T ∑。按小时间常数近似处理，取
10.0040.0050.009n on I
T T s K ∑=+=+=。 ⑵选择转速调节器结构：
根据设计要求20%n σ≤，并保证稳态转速无差，可用PI 型转速调节器。 ⑶计算电流调节器参数：
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取5h =，则ASR 的超前时间常数为：
50.0090.045n n hT s τ∑==?=
系统转速开环增益：
2
2221511481.522250.009N n h K s h T -∑++===??
电动机的电动势常数为：
r min/.2V 0200
27.3-48n R I -U C nom a nom nom e ?=?== ASR 的比例系数为: (1)6 1.350.20.2242250.0530.009e m n n h C T K h RT βα∑+???=
==???? ⑷校验近似条件： 转速环截止频率：1cn 11481.10.04566.7N
N n s ωτω-K ==K =?=
1） 校验电流环传传递函数简化的条件
cn s ω>==T -∑I 1i 8.117002
.025031K 31 满足简化条件。
2）校验转速环小时间常数近似处理条件
cn ω>==T K -I 1on .5s 745
0.002503131 满足近似条件
⑸ 计算调节器电阻和电容：
电流调节器原理图如图3-9所示，按所用运算放大器取Ω=k 20R 0，各电阻和电容值计算如下：
Ω=Ω?=K =k k R n 4802024R 0n ，取480Ωk ；
F R n n
μτ094.0F 10480045.0C 3
n =?==，取0.1F μ； F F R on μ110
20005.044C 30on =??=T =，取1F μ。
3 Matlab仿真验证
3.1 空载至额定转速仿真分析
根据上面计算的参数数据，使用Matlab的Simulink进行仿真验证，进行双死循环模型搭建。搭建好的双死循环模型如图3-1所示，转速环给定10V，负载设定为0A,即空载启动。仿真时间设为5s，用示波器观察电流及转速波形如图3-2所示。
图3-1双闭环仿真模型
图3-2空载启动至额定转速仿真结果
3.2 稳定运行时转速环突然断线仿真分析
由模型中n U n α=，转速环突然断线，只需将模型中的α与0相乘即可，仿真使用乘法器完成这个过程，2s 前阶跃信号为1，3s 时突变为0。
仿真模型如图3-3示。仿真时间设为5s ，同时增加示波器观察直流电压0d U ，ASR 、ACR 输出电压的波形。ACR 、ACR 在scope1上显示，0d U 在scope2上显示。
在这个图中用到了乘法器，使转速环在2s 时断线。
图3-3稳定运行时转速环突然断线仿真模型
有幅值限制的转速环断线的matlab 仿真结果如图3-4、3-5、3-6所示。从图中可以看出当转速环突然断线时电流有一个跃升到限定值的过程，而转速则是缓慢上升到300r/min ，这是由于给了ASR.ACR 一个幅值限定的组件使得其电流和转速不能无限上升的缘故。
图3-4 ASR 、ACR 的输出波形
U的波形
图3-5 直流电压0d
图3-6 转速和电流波形
无幅值限制的ASR和ACR控制器输出的波形图如3-7、3-8、3-9所示。由于没有限幅，从图中可以看出电流、转速、电压等这些物理量会在转速环断线之后无限的增加，这当然不是我们所想要的。
图3-7 ASR、ACR的输出波形
U的波形图3-8 直流电压0d
图3-9 转速和电流波形
4心得及体会
首先感谢老师给我们教授运控的课程，我的课程设计题目是《PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证》。在课程设计的过程中，我在图书馆借阅了大量的关于这方面的资料，使我的认识由纯理论性提高到有一定的认知水平。在这次设计之前，我都是停留在一个理论的基础上。
此次课程设计让我对课本上的知识有了更加深入的了解，特别是对系统设计部分的理论知识，在认真阅读课本的同时还要去图书馆查阅一些系统设计方面的资料，并且要考虑很多东西，更要学习一些其他以前未曾接触的知识。在这个设计中最重要的部分就是参数的选择，只有把参数的问题解决了其他一切问题都好办，最终才能得到正确的仿真结果。同时在设计过程中要求我们有足够的耐心，对仿真参数进行调试，并根据仿真结果修改参数，直到得到满足要求的仿真结果。
这次课程设计，虽然这次课程设计没有想象中的那么简单，花费了很多的时间来搭建模型，调节参数，不断地实验，虽说花费了大量的时间但是最后终于完成了预定的目的，收获颇丰，也很好的锻炼了自己运用知识的能力。重新巩固了有关双闭环直流调速系统的相关知识，培养了自己设计思维能力。进一步学习了MATLAB软件的相关应用。MATLAB软件在生活中的运用是非常广泛的，它在以后的专业课程的学习中应用也是很广泛的，掌握好了MATLAB，这为以后的专业课程的学习将有很大的帮助。在以后的学习中，自己还要慢慢学习，慢慢探索，更好的掌握这个软件的运用。
参考文献
[1] 陈伯时等.电力拖动自动控制系统（第4版）.机械工业出版社，2010
[2] 徐月华,汪仁煌.Matlab在直流调速设计中的应用.广东工业大学，2001
[3] 李发海.电机拖动基础（第3版）.北京：清华大学出版社，2005
[4] 梅志红. MATLAB程序设计基础及其应用.北京：清华大学出版社，2005
[5] 郑思让.控制系统仿真.中国林业出版社，2006
辽宁工程技术大学 《电机与拖动》课程设计 设计题目：他励直流电动机调速系统设计院（系、部）：电气与控制工程学院 专业班级：电气12-4 姓名：高明 学号：1205040404 指导教师：刘春喜荣德生王继强李国华日期：2014-6-26
电气工程系课程设计标准评分模板
摘要 直流电动机是人类最早发明的和应用的一种电机，是生产和使用直流电能的机电能量转换机械，直流电动机具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，因此广泛应用于启动和调速要求的机械上。直流发电机可以作为各种直流电源。随着电子技术的发展， 可控硅整流电源在生产上的应用越来越广泛，大有取代直流发电机的趋势。反过来，由于利用了可控硅整流电源，使直流电源机的应用增加了一个有利因素，而配合直流电动机组成的调速系统也正在迅速发展。本文主要介绍他励直流电动机调速的有关方法及其参数设计。 关键字：直流电机调速串电阻参数设计
目录 1 引言 (1) 2 直流电动机的基本结构和工作原理 (2) 2.1 直流电动机的基本结构 (2) 2.1.1 定子（磁极） (2) 2.1.2 转子（电枢） (2) 2.2直流电机的励磁方式 (2) 2.3 直流电动机的工作原理 (3) 3 直流电动机的机械特性 (3) 3.1 固有机械特性 (3) 3.2 人为机械特性 (4) 4 他励直流电动机的调速 (4) 4.1 他励直流电动机电枢串电阻调速 (4) 4.2 他励直流电动机改变电枢电压调速 (5) 4.3 他励直流电动机改变励磁电流调速 (6) 5 直流电动机调速设计内容 (7) 6 结论 (9) 参考文献 (10)
电力拖动课程设计报告 为适应时代对宽口径、创新型人才的需求，同时为了配合高等教育向大众教育的转变，我们在电力拖动课程的教学内容和教学体系上一直在寻求创新，以适应培养现代化人才的需要。在课程的讲解上做到“授之以渔”，把好的学习方法传授给学生，使学生做到融会贯通。下面是小编整理的电力拖动课程设计报告，欢迎来参考！ 电力拖动课程是中等职业学校电工电子专业的一门专业课，它的应用性和实践性要求都很高。由于新知识的不断积累增加、课时的相对减少，以前的教学方法不太适用现在的素质教育的要求。以前的教学方式存在的主要弊端有：第一理论学习内容乏味，难以激发学生的学习热情。学生对理论知识只是死记硬背，很难达到活学活用的要求，难以提高学生的学习积极性；第二，学生做理论习题不能达到提高专业水平的目的。学生做作业没有实践操作的机会，缺乏实际感受，很难提高思维和实践创新能力；第三，实习教学落伍，使理论与实践的脱节。传统教学方法是理论教学和实习教学要独立自主进行，学生理论学习不全面，到实习时不能很好利用理论知识，也就不可能用理论来辅助实习训练。 1.在课堂教学中，加强与学生的互动 实施教学目标是课堂教学的关键。需要做到以下几方面：
第一，确立上课要点。上课时，教师将所授课教学要点，采取适当方式传达给学生，使学生带着明确的学习任务有目的地听课；第二，引导学生达标。这是教学目标实施的关键。首先要能完整地将教学目标具体化、情境化。然后对教学重点知识点，教师精讲，安排学生多练，并引导学生质疑，增强反馈信息能力。 2.通过实践操作，提高学生的理解能力 教学活动中的做也要适当利用讨论、练习等方法。只是要把这些方法结合到实践上来，要求教和学要与实践相辅相成,要与实际生活有联系。在具体措施上，我们鼓励激发学生的兴趣，主张学生多提问题，注重教学中的讨论，让学生积极学习，多给学生自己动手的机会。学生一般具有猎奇心理，奇特的东西、生活中常出现的自己又不能理解的问题,经过老师适当引导后，往往会引发其强烈求知欲，这就要求教师挖掘教学内容的创新点、寻找相关课题的例题,使之有新鲜感。 首先为学生做好心理调节，重视教学的生动性。非智力因素对学生电力拖动课程的学习以及考试影响非常大，故需老师极其重视学生的心理调节。不同时期，学生所蕴含的心情是不相同的：复习伊始，学生满怀热情，自信满满，尽力约束自己的行为，向自己提出了较苛刻目标。维持学生的学
一直流电机的简介及结构 （一）直流电机简介 直流电机是生产和使用直流电能的机电能量转换装置。将机械能转换为直流电能的，称为直流发电机；将电能追安环为机械能的，称为直流电动机。直流电动机具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，因此广泛应用于启动和调速要求较高的机械上。例如：轧钢机、机床、电车、电器轨道牵引、挖掘机械、纺织机械等。直流发电机可以作为各种直流电源。例如直流电动机的电源、同步电机的励磁电源、以及化学工业方面用于电解电镀的抵押大电流直流电源等。在本次设计中只介绍和说明直流电动机，不介绍直流发电机。 与交流电机相比，直流电机的主要缺点是换向问题，它限制了直流电机的极限容量，又使得直流电机的结构复杂，消耗较多的有色金属，维护比较麻烦，致使直流电机的应用受到一定的限制。不过，虽然如此，可是随着电子技术的发展，可控硅整流电源在生产上的应用越来越广泛，虽然使直流发电机的受到威胁，可是却会使直流电动机在应用中更为广泛。 （二）直流电机的结构 直流电机由静止的钉子和旋转的转子两大部分组成。定转子之间有一定的空隙，称为气隙。定子的作用是产生磁场和对电机的机械支撑，主要由主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置等部件组成。转子的作用是产生电枢感应电动势或电磁转矩，主要由电磁铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件组成。如下图1-2所示： 图1-1 直流电机装配结构图 1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心 1 定子部分 ①主磁极（简称主极） 主磁极用来产生气隙磁场并且在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气息磁密。主磁极由主机铁芯和励磁线圈组成，主极铁芯和由1—1.5mm厚的低碳钢板冲成一定
直流双环系统（二）的设计及仿真分析（六）1设计原理 系统设计的一般原则： 按照“先内环后外环” 的设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设 计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 双闭环调速系统的实际动态结构框图如图1.1所示，它有电流滤波、转速滤波和两个 给定信号的滤波环节。由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的 输入，需加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常 数T 按需要选定，以滤平电流检测信号为准。然而在抑制交流分量的同时，滤波环节也延oi 迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数 的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使二 者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。 图1.1双闭环调速系统的动态结构框图
2设计方法及步骤 2.1电流反馈系数β和转速反馈系数α计算 r V n U N nm m in 05.0200 10?===α A V I U N im 35.17 .3210 =?==λβ 2.2设计电流调节器 2.2.1电流环的化简 在电流环中存在四个与之相关的时间常数： m T 、 l T 、 m T 、 m T 其大小关系是： 一般情况下，电枢时间常数Tl 要远小于机电时间常数Tm,所以对于电流环 来说反电势是一个较慢的扰动，可以认为在电流瞬时变化时反电势基本不变，则电流环可化简为如图2.1所示： 进一步简化为： a ） 图2.1 电流环的等效框图 a) 忽略反电势的动态影响 b ）小惯性环节的近似处理 其中Toi 和Ts 按小惯性群近似处理，oi s i T T T +=∑，为保证稳态时电流无静差以得到理想的堵转特性，同时从动态上看要求转矩快速跟随扰动，以保证转速稳定。所以内环应以速动性为主，即选择Ⅰ型系统。 b)
电力拖动自动控制系统课程设计
电力拖动自动控制系统课程设计 基于转速负反馈闭环调速系统的matlab7.1仿真 基于转速、电流反馈控制直流调速系统的matlab7.1仿真 学院班级：自动化学院09电本二 指导老师：xxx 姓名：邹xx 学号：20091041xxx 日期： 2012-6-14
（一）基于转速负反馈闭环调速系统的 matlab7.1 仿真 一、设计思路 转速闭环控制可以降低转速降落，降低转差率，扩大调速范围。根据自动控制原理，采用了PI调节器，加大比例系数可以减少静差，积分环节的加入有助于消除系统静差。但Kp过大时，会使动态品质变坏；而在Kp不变的情况下，积分时间过小，将使稳定性降低，振荡加剧等。 总的来说，matlab只需要调节两个参数： （1）比例系数Kp，参数由小到大调节 （2）积分系数Ki（1/τ），1/τ参数是倒数，所以由小到大调节（下面把Ki定义为Ti） 二、系统的各环节参数设置 1、直流电动机：额定电压U N = 220V 额定电流I dN = 55 A 额定转速nN = 1000r/ min 电动机电势系数Ce = 0.192V ?min/ r 2、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Ts = 0.00167s 3、电枢回路总电阻R = 1.0Ω 电枢回路电磁时间常数T l = 0.00167s 电力拖动系统机电时间常数Tm = 0.075s 4、转速反馈系数 α = 0.01V ?min /r 5、对应额定转速时的给定电压U n = 10V 6、PI调节器的直暂定为Kp=0.56 ,Ti=1/τ=11.43
模电课程设计报告 It was last revised on January 2, 2021
模拟电路课程设计 题目：OCL功率放大器 学院：信息学院 专业：自动化 班级学号： 学生姓名： 指导教师;
目录
一、课程设计任务及要求 1、设计目的 ①学习OCL功率放大器的设计方法 ②了解集成功率放大器内部电路工作原理 根据设计要求,完成对OCL功率放大器的设计,进一步加强对模拟电子技术的了解 ④采用集成运放与晶体管原件设计OCL功率放大器 ⑤培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力 2、设计指标 ①频率响应:50Hz≤f≤20KHz ②额定输出功率:P o=8W ③负载电阻:R L=8Ω ④非线性失真尽量小 ⑤输入信号:U i<=100mv
3、设计要求 （1）进行方案论证及方案比较 （2）分析电路的组成及工作原理 （3）进行单元电路设计计算 （4）画整机电路图 （5）写出元件明细表 （6）小结和讨论 （7）写出对本设计的心得体会 分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。 4、制作要求 论证并确定合理的总体设计方案，绘制结构框图。 5、OCL功率放大器各单元具体电路设计。 总体方案分解成若干子系统或单元电路，逐个设计，计算电路元件参数；分析工作性能。
6、完成整体电路设计及论证。 7、编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 二、总体方案设计 1、设计思路 功率放大器的作用是给负载R l提供一定的输出功率，当R I一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，且效率尽可能高。放大电路实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是，功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。对电压放大电路的主要要求是使其输出端得到不失真的电压信号，讨论的主要指标是电压增益，输入和输出阻抗等，输出的功率并不一定大。而功率放大电路则不同，它主要要求获得一定的不失真（或
中北大学 课程设计说明书 学生：海椿学号：0905054236 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 题目：交流电动机工作特性仿真 ——转速特性 指导教师：王建萍职称: 工程师 2011 年 12 月 31 日
中北大学 课程设计任务书 11/12 学年第 1 学期 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 学生姓名：海椿学号：0905054236 课程设计题目：交流电动机工作特性仿真分析 ——转速特性 起迄日期：12 月31日～01月06日 课程设计地点：校 指导教师：王建萍 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2011 年12月31日
课程设计任务书
一、原理阐述 感应电动机是一类重要的交流电机。它在正常电动运行时主要是通过定子对转子之间的电磁感应，使转子获得进行正常运行所需的电流和转矩。众所周知，交流电的一个重要指标是交流电的频率，一般来讲，感应电动机的转速与供给它进行工作的交流电的频率不保持同步的关系。因此，从这个意义上讲，交流感应电动机又常常被称作异步电动机。 三相异步电机是重要的异步电动机。三相定子绕组通过三相交流电产生旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电磁转矩使转子旋转。 三相感应电动机在空载运行时，转子的转速接近于电机同步转速n 1。随着负载的增大，必须输出较大的转矩以维持电机的稳定运行，这样，就会使转子转速度略有降低。经试验测试和分析后，可以得出输出功率2P 的增大与转子的转速n 的降低近似为线性关系）（2f n P =。 三相感应电动机的旋转磁场的旋转速度(又称同步转速) n 1为： p f 60n 1=r/min f —三相交流电的频率； P —三相电动机的定子极对数。 磁场转速n 1和转子速度n 之差与n 1的比值称为转差率S ： %100n n -n s 00?= 异步电动机启动时n=0，s=1；n=n 0时，s=0； 额定工况下一般s=1.5~6% 转子角速度?为： s /rad 60n 2π=Ω
学院 课程设计课程名称：电机与拖动
题目名称：三相绕线型异步电动机转子电路 串电阻有级起动设计 学生院系：物理科学与工程技术学院 专业班级：16自动化2班 学号： 学生：吴舟帆
目录 一.三相异步电动机的综述 (3) 二.三相异步电动机的起动方法、调速方法、制动方法 (4) 三.三相绕线型异步电动机转子电路串电阻有级起动电路图、具体过程 (5) 四.心得体会 (10) 五.参考文献 (10)
一.三相异步电动机的综述 三相异步电机（Triple-phase asynchronous motor）是感应电动机的一种，是靠同时接入380V三相交流电流（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。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。
二.三相异步电动机的起动方法、调速方法、制动方法 1. 起动方法：有级起动 容量较大的三相异步电动机一般采用有级起动，以保证起动过程中有较大的起动转矩和较小的起动电流。它的起动电阻R ST 由若干级起动电阻串联，即 R ST =R ST1+R ST2+…+R STm 。起动瞬间转子串入最大起动电阻R ST ，使起动转矩为要求值 T 1，随着转速n 的增加，每当转矩T 降至希望值T 2时，切除一段起动电阻，使T 又等于T 1，T 2称为切换转矩。因而在启动过程中转矩始终在起动转矩T 1与切换转矩T 2之间变化，直到全部起动电阻被切除。 2.调速方法：串级调速 在转子电路中串入一个与2s .E 频率相等，而相位相同或相反的附加电动势ad . E ，既可节能，又可将这部分功率回馈到电网中去。 3.制动方法： ①能耗制动：能耗制动的特点是制动时将电动机与三相电源断开，而与直流电源接通，电动机像发电机一样，将拖动系统的动能转换成电能消耗在电机部的电阻中，故名能耗制动。 ②反接制动：反接制动的特点是制动时旋转磁场的转向与转子的转向相反，转差率s>1,所谓“反接”意即在此。从而使电磁转矩的方向与转子转向相反，成为制动转矩 ③回馈制动：回馈制动的特点时转子转速大于同步转速，转差率s<0，电机处于发电机状态，将系统的动能转换成电能送回电网，故名回馈制动，又称再生制动。
重庆公共运输职业学院 实训报告 实训课程：电拖技能实训 专业 : 班级: 姓名: 学号: 指导教帅: 实训时间:
培养我们理论联系实际的能力，提高分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作能力。通过电机拖动的实训，能进一步掌握常用电工工具的使用，识别低压电器及电工材料，安装简单的电气线路，并了解电机拖动的工作原理，增强安全用电意识，掌握电器元件的结构、工作原理及在电路中的作用。学会读电气控制线路图，并能熟练的分析各种控制电路的工作原路，掌握电气图装接电路的技能和工艺要求，学会利用万用表检查电气元件、主电路、控制电路的方法并根据检查结果排除故障。
虎口钳、尖嘴钳、斜口钳、剥线器、（十字、一字）螺丝刀大小各一把、验电笔、万用表、三相异步电动机、闸刀开关、交流接触器、热继电器、熔断器、按钮开关、导线若干、电路实训板、实训台。
1.刀开关，符号：QS I I I
刀开关是带有动触头一一闸刀，并通过它与底座上的静触头一一刀夹座相楔合（或分离），以接通（或分断）电路的一种开关。 2.熔断器，符号：FU, 熔断器（fuse ）是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生 的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。 熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过 电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。 3.接触器，符号：KM接触器分为交流接触器（电压AC）和直流接触器 （电压DQ,它应用于电力、配电与用电。接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合或断开，以达到控制负载的电器。工作原理: 当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。 4.热继电器，符号：FR,热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器
电气传动课程设计 班级：06111102 姓名：古海君 学号：1120111573 其它小组成员： 余德本 梁泽鹏 王鹏宇 2014．10．2
摘要 本次课程设计要求设计并调试出直流双闭环调速系统。通过搭建电流环（内环）和转速环（外环）使系统稳态无静差，动态时电流超调量小于5%，并且空载启动到额定转速时的转速超调量小于10%。系统的驱动装置选用晶闸管，执行机构为直流伺服电动机。 本文首先明确了课程设计任务书，对其中的相关概念进行分析。之后对课题的发展状况进行调研，了解双闭环调速系统在现代工业中的应用意义和价值。然后对实验条件作了详细介绍，包括实验台各个组成部分以及实验设备的选型和工作原理。以上内容均为课程设计准备工作，之后重点记录了实验的测试、仿真和调试过程。其中，测试部分详细介绍了各个电机参数和系统参数测试方法和数据结果，并利用这些数据计算调节器的参数；仿真部分利用matlab软件通过已经求得的参数得出计算机仿真结果，并观察是否满足任务书要求；调试部分是核心，给出了现场调试全部过程并配以图片加以说明。文章最后给出测试结果从而
得出结论，并论述了实验注意事项并加以总结。 转速电流双闭环直流调速系统是性能优良，应用广泛的直流调速系统,，它可以在保证系统稳定性的基础上实现转速无静差，并且具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点。转速电流双闭环直流调速系统的控制规律、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，值得更加深入的学习研究。
目录 一、课程设计任务书 (1) 二、课题的发展状况研究意义 (1) 三、设备选型 (2) 四、实验台简介 (4) 五、参数测试 (7) 六、参数设计 (15) 七、系统调试 (18) 八、系统测试结果 (26) 九、实验室安全及实验过程注意事项 (27) 十、总结和心得体会 (28) 参考文献 (28) 附1：实验过程中遇到问题及解决方法 (29) 附2：小组分工，个人主要工作及完成情况 (30)
辽宁工程技术大学 课程设计成绩评定表 学期2009－2010学年第二学期姓名 专业电气与控制工程班级自动化08-1 课程名称电机与拖动 论文题目他励直流电动机的调速 评定标准 评定指标分值得分 知识创新性20 理论正确性20 内容难易性15 结合实际性10 知识掌握程度15 书写规范性10 工作量10 总成绩100 评语： 任课教师时间年月日备注
课程设计任务书 一、设计题目 他励直流电动机的调速 二、设计任务 一台他励直流电动机，参数如下： Un=220V ，， In=68.6A ， kw P n 13= ， min /1500 r n N =， Ω=076.0L R 1.用其拖动通风机负载运行，若采用电枢串电阻调速时，要使转速降低至1200r/min,试设计电枢电路中的调速电阻。 2.用其拖动恒转矩负载运行，负载转矩等于电动机的额定转矩，采用改变电枢电压调速时，要使转速降止1000r/min,试设计电枢电压值。 3.用其拖动恒功率负载运行，采用改变励磁电流调速，要使转速增止1800r/min,试设计Ce Ф的值。 三、设计计划 电机与拖动课程设计共计1周内完成。第1~2天查资料，熟悉题目；第3~5天设计方案分析，具体按照步骤进行设计以及整理设计说明书；第6天准备答辩；第7天答辩 四、设计要求 1．设计工作量为按照要求完成设计说明书一份； 2. 设计必须根据进度计划按期完成； 3. 设计说明书必须经指导老师审查签字方可答辩。 指 导 教 师：李国华 王巍 王继强 董衲 教研室主任：仲伟堂 时 间：2010年7月12日
电动机，俗称马达，是一种将电能转化为机械能，并可再使用机械能产生动能使用来驱动其他装置的电气设备。按运动方式分两种类型。一种是旋转式电动机，一种是线性电动机。按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。而直流电动机是应用最早的，但不如交流电动机应用广泛，它有优良的起动，调速和制动性能。但直流电动机结构复杂，体积庞大，价格较贵，维护困难。直流电动机的类型主要分四类：1，他励支流电动机，2：并励直流电动机，3：串励直流电动机，4：复励直流电动机。他励直流电动机应用最广泛。 关键词：直流电动机；电能；机械能；
《电力拖动自控系统》课程教学（自学）基本要求
第一章 闭环控制的直流调速系统 内容摘要： 1．直流电动机调压可获得恒转矩调速。直流电动机调励磁可获得恒功率调速，用不同调速方法的直流调速系统有不同的调速特性。生产机械有不同的负载转矩特性，采用可调速传动装置时需考虑使装置的调速特性与负载的要求相匹配，以获得良好的技术经济效果。 2．供变压调速使用的可控直流电源有：旋转变流机组、静止可控整流器与直流斩波器。采用旋转变流机组的G －M 系统使用最早。采用静止可控整流器的V 一M 系统已成为目前直流调速系统的主要形式。直流斩波器也是一种静止变换器，它不同于通过相位控制调压的可调整流器，它是通过主开关元件的通断时间比例来调压的，故而带来一系列优点。 3．V －M 系统的几个特殊问题可归结为：整流电压的相位控制、整流电流的平波与波形的连续、调速机械特性及其分区。对于一般全控整流电路，电流连续时理想空载电压0d U 与触发脉冲相位α的关系为 απ πcos sin 0m U m U m d = 一般从保证轻载时电流连续角度选择平波电抗器，对三相整流电路有 mH I U L d min 2693.0= 式中，I dmin 取电动机额定电流的5%－10%，单位是A ，U 2的单位是V ，L 的单位是mH 。V －M 系统的完整调速机械特性包含整流状态与逆变状态、连续区与断续区。
4．调速范围与转差率是调速系统的两个相互关联的稳态性能指标。闭环控制相对于开环控制来讲，可使系统稳态性能指标得到改善。加转速负反馈和比例调节器的系统，可使稳态速降减小，但总是有静差，不可能使速降为零。在该系统中，被反馈环所包围的加于控制系统前向通道上的各种扰动对转速的影响，都受到反馈控制的抑制。但反馈控制无力克服给定电阻和检测反馈元件的误差。 调速范围、静差率和转速落差之间的关系： s) -(1n s n D nom nom ＝ 由于开环调速系统的额定速降△n nom 较大，不能满足具有一定静差率的调速范围的要求，此引入转速负反馈组成闭环的反馈控制系统。 闭环调速系统的静特性有下列性质： (1)闭环系统的静态速降减小为开环系统速降的1/(1+K)，其中K 是闭环系统的开环放大系数。 (2)闭环系统的静差率只有开环系统静差率的l/(1+K)。 (3)在同样的最高满载转速和低速静差率的条件下，闭环系统的调速范围可以扩大到开环调速范围的(1+K)倍。 (比例)反馈控制规律： (1)依靠反馈量和给定量之差进行控制，属于有静差的控制系统。 (2)具有良好的抗扰性能，对于被负反馈环包围的在前向通道上的一切扰动作用都具有抵抗能力，都能减小被调量受扰后产生的偏差；但对于给定作用的变化则是尽快跟随的。一方面抵抗一切扰动作用的影响，一方面尽快跟随给定作用的变化，这就是闭环反馈控制系统的双重特征。 (3)无力克服给定电压和反馈检测元件的误差，因此高精度的反馈控制系统必须有高精度的检测元件和给定稳压电源作为保证。 5．在作闭环调速系统的稳态参数计算时，可根据稳态性能指标、电动机及其它控制部件已知参数来计算反馈检测元件与放大器的参数，这首先需要找出系统的输入－输出关系，然后可以根据描述各环节输入－输出关系和算式来推导，也可以根据结构图通过运算求出。 有两种分析闭环调速系统静特性的方法： (1)根据各环节的输入输出关系求系统的静特性方程式。 (2)利用结构图运算法，按各输入信号(包括给定信号和扰动信号)分别作用下的输入输出关系叠加得到系统的静特性。 根据闭环调速系统的稳态性能指标和电动机及各控制部件的已知参数，计算并选择所需反馈检测元件和放大器，叫做稳态参数计算。
目录 目录 1 摘要 1 一、设计任务及要求 2 1.1课程设计的目的 2 1.2课程设计的预备知识 3 1.3课程设计要求 3 1.4设计内容及步骤 3 二、系统总体方案设计3 2.1方案比较 3 2.2方案论证 4 2.3方案选择 5 三、调节器参数设计和选择 5 3.1系统设计的一般原则 6 3.2预选参数7 3.3电流环的参数设计7 3.4转速环的参数设计 3.5采样周期的选择 3.6调节器的控制算法 四、双闭环直流调速系统的硬件设计8 4.1．主电路及其参数选择8 4.2、微型计算机的选择 8 4.3、输入输出通道 4.4．键盘/显示接口电路 4.5 AD接口电路设计 4.6 PWM功率放大驱动电路设计 五、系统软件部分设计9 5.1主程序及系统初始化模块9 5.2 中断子程序模块9 5.3 定时模块 5.4数字控制器PI增量式算法及程序10 六、课程设计心得体会13 参考文献14
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、闭环调速系统的控制。 关键词：直流调速，数字控制， PWM, 双闭环
电力拖动自动控制系统课程设计 1、序言 A 、设计的目的和意义 电力拖动自动控制系统课程设计与综合实验是工业电气自动化专业的一门专业课程，它是一次综合性的理论与实践相结合的训练，也是本专业的一次基本技能训练，其主要目的是： 1、理论联系实际，掌握根据实际工艺要求设计电力拖动自动控制系统的基本方法。 2、对一种典型的双闭环调速自动控制系统进行综合性的分析设计，掌握各部件和整个系统的设计调试步骤、方法及操作实际系统的方法。加强基本技能训练。 3、掌握参数变化对系统性能影响的规律，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。 4、培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会实验数据的分析与处理能力及编写设计说明书和技术总结报告的能力。为下学期毕业设计作准备。 5、通过设计熟练地查阅有关资料和手册。 B 、设计要求 1、调速范围D ＝5～10，静差率S ≤5％。 2、空载启动时电流超调%5i ≤σ,转速超调%10n ≤σ(在额定转速时)。 3、动态速降小于10％。 4、振荡次数小于2次。 C 、设计对象及有关数据 直流电机：rpm 1600n A 2.1I V 220U w 185P nom nom nom nom ====，，， 电枢电阻Ω=2.18R a 主回路总电阻Ω=5.32R 平波电抗器电阻Ω=8.15R L 主电路总电感mH 538L mH 249L mH 787L L L L a L a ===+=，， 电动机转动惯量 22m N 077.0GD ?= 电动势转速比：rpm /V 14.0C e = 转矩电流比：A /m N 34.1C m ?=
直流测速机：rpm 1900n A 2.0I V 10U w 10P Tnom Tnom Tnom Tnom ====，，， 反馈滤波时间常数：s 005.0T s 001.0T on oi ==， 2、系统结构方案的选择 a.调压、变阻及弱磁方案调速的选择与论证： 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只能配合调压调速方案，在基速（即电动机额定转速）以上做小范围的升速。因此，自动控制系统的直流调速系统往往以变压调速为准。故这里选择调压调速方案。 b.单环、双环的选择与论证： 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。但当要求快速起制动、突加负载动态速降小等时，单闭环系统就难以满足要求；且单环调速不能解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时的过电流问题。而双闭环调速系统静特性在负载电流小于dm I 时，表现为转速无静差，这时，转速负反馈其主要调节作用，当负载电流达到dm I 后，转速调节器饱和，电流调节器其主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。故需要采用双闭环调速。 3、主回路的选择 a.主电路形式（单相、三相、六相、半控、全控、桥式等）的选择与论证： 本电路采用三相全控桥整流电路，在直流侧串有平波电抗器，该电路能为电动机负载提供稳定可靠的电源，利用控制角的大小可有效的调节转速，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，保证各元器件能安全的工作，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。同时，由于使用了闭环控制，使得整个调速系统具有很好的动态性能和稳态性能。。 b.整流变压器的额定容量、一次侧和二次侧电压、电流的选择与计算。交流电源的选择（单相或三相）。 交流电源选择三相。 设变压器二次侧电压为2U ，二次侧电流为2I ，变压器额定容量为 ： 221.2 1.2285 1.8616S U I V A ==??≈?
数电课程设计报告新编 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
《基于FPGA的洗衣机电机正反转控制器》学院：信息与控制工程学院 专业：电子信息工程 班级： 姓名： 学号： 2014年7月
目录 1.设计任务与要求 (1) 2.设计思路 (1) 3.设计原理及方案 (2) 4.总结与讨论 (14)
一、设计任务及要求： 1．控制洗衣机的电机作如下周期性运转，正转4S――暂停2S――反转4S――暂停2S，用8位七段数码管显示自己学号的后四位（显示在从左边数第一个到第四个数码管上）、定时时间（两位，单位：分钟，显示在第五个和第六个数码管上）,剩余时间（两位，单位：分钟，显示在第七个和第八个数码管上 2．洗衣机控制器的工作过程为： (1)上电后显示自己学号的后四位，在运行中不变；初始洗涤时间为10分钟，在开始前可用S1和S2按键设置总的工作时间，确定洗衣机控制器定时工作时间。(按下并松开S1定时时间增加一分钟，按下并松开S2定时时间减少一分钟，时间范围为：00~30分钟) (2)设定好定时时间后，按下并松开S3(按下时S3=0，松开时S3=1)，启动控制器，整个系统开始运行；再次按下并松开S3，停止运行；再次按下并松开S3继续运行；按下并松开S4则回到上电初始状态。其他两个按键不起作用。到达定时时间后，停止运行，按下并松开S4则回到初始状态，在运行中要显示定时时间和剩余工作时间，当剩余时间为0时，要显示“End”。在工作过程中用三个LED指示灯指示电机工作状态，正转D1灯亮，反转D2灯亮，暂停D3灯亮， 如此反复直至工作时间为0停止(三个LED灯都不亮)。 系统总体框图如下： 二、设计思路 为了便于计时，首先把1000Hz的外部时钟分频为1Hz。正转时间设为4s，反转设为4s，暂停设为2s，令洗衣机按照正转4s、暂停2s、反转4s、暂停2s的顺序进行旋转，周期恰好为10秒，而定时时间单位为分钟，因此需要设计分钟计数器和秒计数器。开发板提供的时钟信号CP频率为1000Hz，应该设计一分频器得到1Hz的时钟信号作为时间计数脉冲。
中北大学 课程设计说明书学生姓名：谢海椿学号： 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 题目：交流电动机工作特性仿真 ——转速特性 指导教师：王建萍职称: 工程师 2011 年 12 月 31 日 中北大学 课程设计任务书 11/12 学年第 1 学期 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 学生姓名：谢海椿学号：
课程设计题目：交流电动机工作特性仿真分析 ——转速特性 起迄日期： 12 月31日～ 01月 06日 课程设计地点：校内 指导教师：王建萍 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2011 年12月31日 课程设计任务书
一、原理阐述 感应电动机是一类重要的交流电机。它在正常电动运行时主要是通过定子对转子之间的电磁感应，使转子获得进行正常运行所需的电流和转矩。众所周知，交流电的一个重要指标是交流电的频率，一般来讲，感应电动机的转速与供给它进行工作的交流电的频率不保持同步的关系。因此，从这个意义上讲，交流感应电动机又常常被称作异步电动机。 三相异步电机是重要的异步电动机。三相定子绕组通过三相交流电产生旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电磁转矩使转子旋转。 三相感应电动机在空载运行时，转子的转速接近于电机同步转速n 1。随着负载的增大，
必须输出较大的转矩以维持电机的稳定运行，这样，就会使转子转速度略有降低。经试验测试和分析后，可以得出输出功率2P 的增大与转子的转速n 的降低近似为线性关系 ） （2f n P =。 三相感应电动机的旋转磁场的旋转速度(又称同步转速) n 1为： p f 60n 1= r/min f —三相交流电的频率； P —三相电动机的定子极对数。 磁场转速n 1和转子速度n 之差与n 1的比值称为转差率S ： 异步电动机启动时n=0，s=1；n=n 0时，s=0； 额定工况下一般s=1.5~6% 转子角速度?为： 电动机转矩T 为： 转子端电磁功率m P 为： 转子端电磁功率与输出功率之间的关系为： 所以输出功率2P 为： 由以上式子可以得输出功率2P 与转速n 的关系）（2f n P =。
《电机及拖动》课程标准课程编码： 适用专业：电气自动化、电气技术、生产过程计算机控制 学 时：84 一、课程概述 （一）课程性质和作用 《电机及拖动》课是工业电气自动化等专业的一门重要的专业基础课，是一门理论性和实践性都很强的重要的技术基础课，同时又具有专业课的性质，本课程的概念抽象、理论繁琐、公式和结论多,涉及的基础课程多、知识面广,是电路原理等基础课的后续课程，同时又为后续专业课的学习准备必要的基础知识，要求学生除数学外，还要掌握电学、磁学和动力学、热力学等学科知识的综合运用原理。（二）课程基本理念 1、思想上“以学生发展为中心、以学生就业为导向、以学生职业能力和素质培养为主线”，注重“知识、能力和素质三位一体”，融“教、学、做”为一体。 2、内容上突出“实际、实用、实践、实效”的教学特点。 3、教师注重精讲，突出重点，讲难点，讲思路，讲方法，注意启发学生提出问题等，使学生掌握“适度、够用”的电机理论和电力拖动的有关基础知识，打好技术知识和能力基础。 4、综合评价体系上，以“考试只是方法，知识学习和能力培养才是目的”的思想，督促学生重视知识获取和能力提高的过程，调动学生在各方面的学习自主性，在课程学习的全过程中促进学生建立积极思考，努力进取的良好学习氛围。 （三）课程标准设计思路及依据 高职教育的目标是培养出能在生产一线上从事技术、管理和运行的实际应用型人才，因此在教学过程中必须将知识的支撑点溶于能力培养的过程中，始终贯穿“以学生发展为中心、以学生就业为导向、以学生职业能力和素质培养为主线”，注重培养学生动手能力、专业能力、终身学习的能力、管理能力、创新能力。
二、课程目标 本课程的培养目标 培养学生在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，进一步培养和提高自主学习、独立研究、综合运用知识的能力和创新能力，为今后学习和工作打下坚实的基础；又培养学生良好的学习态度和学习兴趣，使学生的知识、情感、技能得到全面发展。 （1） 知识性目标 通过学习，让学生牢固、灵活地掌握常用交、直流电机、变压器的基本结构和工作原理，电力拖动系统的基本理论，计算、分析问题的方法。这些基本理论知识是后续专业课学习的基础，是解决实际问题基本技能不可缺少的重要条件。 （2） 技能性目标 通过实践教学，强化了学生多方面的能力，使学生不仅丰富了电机及电力拖动的基本理论知识、实验方法、实验手段和操作技能，强化了学生工程动手能力、职业技能的培养，为分析和解决实际工程问题打下基础，使技能实训与社会需求实现“零距离”衔接。 （3） 情感性目标 有效地吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣，使学生学习更具有目的性，丰富了学生的专业知识和社会知识，提高了学生的综合能力和整体素质和职业道德，增强了学生的事业心、责任心，为学生将来走上工作岗位奠定基础。 三、内容标准 (一)课程基本内容 第1章 直流电机的基本原理 1.1 理解直流电机的基本工作原理及可逆性 1.2 掌握直流电机的基本结构与铭牌 1.3 理解直流电机的磁场 1.4 掌握直流电机的基本公式 1.5 了解直流发电机的基本方程式和运行特性及直流电动机的基本
《电机原理及拖动基础》课程总结 姓名：苟航源学号：14144814 班级：电气14-16班 《电机原理及拖动基础》是本专业专业基础课，通过本课程的学习，对直流电机、交流异步电机、交流同步电机的原理和拖动有了基础的认识。在本课程的学习中，我对其有如下体会和发现。 在学习的过程中，我发现了一些教材上的错误。其一，于教材125页倒数第五行，教材上打印的是“1即么”，正确的应该是“1即幺”。其二，于教材193页，教材中间一电势方程为“”，根据等效电路里面的方向，正确的应该是“” 。其三，教材202页，“空载试验是在外施电压频率为额定值”，我觉得应该为“空载试验是在外施电压为额定值”。其四，于学习同步指导教材141页上，在讨论启动电磁转矩那一页PPT上，“启动转矩倍数”错误，应该为“启动转矩倍数”，“”应该是启动电流倍数。本课程虽为专业基础课，但是难度较大，在学习的过程中花费了很多的精力和时间，但是有了许多学习体会以及对老师教学的一些建议。本课程难度较大，但老师教学由浅入深、循序渐进，使我对电机的学习更加轻松。尽管直流电机与交流电机在结构上不尽相同，但是基本原理、大致结构基本一样，所以一开始对交流电机的学习尤为重要，对之后对交流电机学习的帮助十分重要，我建议对直流电机的教学可以更详细具体一些。在学习电机结构部分的时候，由于十分的抽象，有时很难想象实际的结构，特别是在绕组的部分。我觉得在讲解这一
部分的时候，可以增加更多的图片以及在理论讲解过后，立即播放电机结构相关的讲解视频，会对理解结构有很好的帮助。再者，在学习的理论知识的同时，老师经常讲述一些工程上的电机相关的实际运用，我觉得这部分讲解不仅对电机的理解与运用有很好的帮助，而且能够加深我们对工程实际的了解，我觉得这一部分很有意思也很有意义。以上，便是我对《电机原理及拖动基础》这门课程的学习体会及其建议。
目录 第1章设计任务分析 (1) 1.1 课题的内容与要求 (1) 1.2 系统概述与分析 (1) 第2章电力拖动系统的性能指标分析 (2) 2.1 静态性能指标 (2) 2.2 动态性能指标 (2) 第3章物转送车举升系统电机选型计算 (3) 3.1 电机容量的选择 (3) 第4章控制系统设计 (5) 4.1位置、转速双环控制的位置随动系统 (5) 4.2 位置随动系统组成部件 (5) 4.3 PWM控制器设计 (7) 4.4 转速环节参数整定 (9) 4.5转速调节器的实现 (11) 4.6桥式可逆直流脉宽调速系统 (122) 第5章设计总结 ............................. 错误！未定义书签。第6章参考文献 ............................ 错误！未定义书签。3 第7章原理图.......................... 错误！未定义书签。4
江西理工大学应用科学学院课程设计 - 1 - 第1章 设计任务分析 1.1 课题的内容与要求 设计题目：物转送车举升系统 设计要求：某立体物流仓库，绗架式货物转送车举升系统采用直流电动机驱动滑轮钢索减速机构。减速比1000：1（电动机旋转1000转，平台上升/下降1m ），其传动效率0.9，飞轮惯量可忽略。举升平台自重15Kg ，最大货物重185Kg ，货架层高2m ，共4层。试设计电力拖动自动控制系统，使平台最大层间运行时间小于100S 。工作现场有三相四线制380V 交流电源，100A 空开保护，电网最大电压波动%5 ，通风良好，环境干燥，无粉尘，现场无防爆要求。 1.2 系统概述与分析 物转送车举升系统的主要部分有土建、机械和电气等组成，机械部分有动滑轮、臂杆、钢丝绳以及其他机械部分。。采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）作为功率输出器件，具有很高的运行可靠性和功能的多样性，采用SG3525芯片进行脉宽调制，可使曳引机在低噪声下运行，系统更加平稳。全面而完善的保护功能为系统提供了可靠而良好的保护性能，高性能的矢量控制技术，有多种控制方式灵活选用，适用不同的领域。拖动系统结构简图如图 图1-1 拖动系统结构简图 货物 电机 1层 2层 3层 4层