成绩
电气控制与PLC
课程设计说明书
直流电机调速控制系统设计
.
Translate DC motor speed Control system design
学生姓名王杰
学号20130503213
信电工程学院13自动
学院班级
化
专业名称电气工程及其自动化
指导教师肖理庆
201 6年
6
月
14
日
目录
1 直流电机调速控制系统模型 0
1.1 直流调速系统的主导调速方法 0
因此，降压调速是直流电机调速系统的主导调速方法。 0
1.2 直流电机调速控制的传递函数 0
1.2.1 电流与电压的传递函数 (1)
1.2.2 电动势与电流的传递函数 (1)
由已学可知，单轴系统的运用方程为: (1)
1.3 直流调速系统的控制方法选择 (3)
1.3.1 开环直流调速系统 (3)
1.3.2 单闭环直流调速系统 (3)
由前述分析可知，开环系统不能满足较高的调速指标要求，因此必须采取闭环控制系统。图1-4所示的是，转速反馈单闭环调速系统，其是一种结构相对复杂的反馈控制系统。转速控制是动态性能的控制，相比开环系统，速度闭环控制的控制精度及控制稳定性要好得多，但缺乏对于静态电流I的有效控制，故这类系统被称之为“有静差”调速系统。 (4)
1.3.3 双闭环直流调速系统 (4)
图1-4 双闭环控制直流调速控制系统 (4)
1.3.3.1 转速调节器（ASR） (4)
1.3.3.1 电流调节器（ACR） (4)
1.4 直流电机的可逆运行 (5)
1.2 ×××××× (7)
1.2.1 电流与电压的传递函数 (7)
(8)
3 PLC在直流调速系统中的应用 (8)
2 ××××× (9)
2.1 ×××××× (9)
2.1.1 ×××× (9)
3 ××××× (11)
3.1 ×××××× (11)
3.1.1 ×××× (11)
参考文献 (12)
附录 (13)
附录1 (13)
附录2 (13)
1 直流电机调速控制系统模型
1.1 直流调速系统的主导调速方法
根据直流电动机的基础知识可知，直流电动机的电枢电压的平衡方程为：
R I E U a += 式(1.1)
公式中：U 为电枢电压；E 为电枢电动势；R I a 为电枢电流与电阻乘积。
由于电枢反电势为电路感应电动势，故：
n C E φe = 式(1.2) 式中：e C 为电动势常数；φ为磁通势；n 为转速。
由此得到转速特性方程如下：
φe a C R I U /)(n -= 式(1.3) 由式（1.3）可以看出,调节直流电动机的转速有以下三种方法：
1.改变电枢回路的电阻R ——电枢回路串电阻调速。属于有级调速，且不易构成自动调速系统，当电机低速运行时，电枢外串电阻上的功耗大，系统效率低，故一般不予采用。
2.减弱励磁磁通φ——弱磁调速。可以构成无极调速，但只能在电动机额定转速以上做小范围的升速，不能作为主导调速方法。
3.调节电枢电压Ｕ——降压调速。可以构成无极调速，且调速范围大、控制性能好。而且，现代电力电子技术的发展，使得直流电源输出电压能够非常容易地实现连续可调。
因此，降压调速是直流电机调速系统的主导调速方法。
1.2 直流电机调速控制的传递函数
在直流电机调速系统中通常是以他励式直流电动机为控制对象,其等效控制
电路如图1-1所示。
图1-1他励直流电机等效控制电路
1.2.1 电流与电压的传递函数
由上述电路图，得出其相应的动态方程： n C dt dI L R I U e a a a φ++=a 式
(1.4)
式中：L 为电枢回路电感；n C e φ为E ，感应电动势。
公式变换后得：
)(1dt dI T I R
n C U a a a e a +=-φ
式(1.5) 式中：R L T /1=,为电机电枢回路的电磁时间常数。
对两边同时拉氏变换后，整理可得电流与电压的传递函数： 1
/1)()()
(1a +=-s T R
s E s U s I a
式(1.6)
1.2.2 电动势与电流的传递函数
由已学可知，单轴系统的运用方程为: dt d J T T L Ω
=-2
式(1.7)
由于输出转矩2T 与电磁转矩e T 和空载转矩0T 之间的关系为：
0e 2T T T -=
式(1.8) 若忽略空载转矩，则式(1.8)可简化为： dt d J T T L Ω
=-e
式(1.9)
其中，有： n 602π
=Ω
式(1.10)
g 4/2GD J =
式(1.11)
且14.3=π,9.81g =,故可得： dt dn
GD T T L 3752
e =-
式(1.12)
式中：2GD 是电力拖动系统整个运动部分折算到电动机轴上的转动惯量。
因为本系统选用的是永磁直流电机，所以电动机的转矩是电枢电流的比例函数，其方程式为：
a I C T Φ=T e
式(1.13)
L L I C T Φ=T 式
(1.14)
式中:T C 为电动机转矩常数，且π/2PN C T =；P 为电机极对数；N 为电枢绕组总导体数。
因为电枢反电势即为感应电动势，故:
n 604Φ=PN E 式
(1.15)
由式（1.12），式（1.13），式（1.14），式（1.15）可得：
dt dE C GD C I I e T L 3752a =-）（ 式(1.16)
对两边同时拉氏变换后，整理可得电动势与电流的传递函数：
s
T R s I s I E m L a =-)()()s ( 式(1.17)
式中：m T 为电动机的机电时间常数。
根据式（1.6）和式（1.16），对其两式在零初始条件下取拉普拉斯变换可得到如图1-2所示他励直流电动机的方框图。
图1-2他励直流电机的动态方框图 由此可得，当外界负载转矩L T 为零时，他励直流电机的传递函数为：
1/1)s (21++=s T s T T C G m m e φ 式
(1.18)
