直流电机控制系统设计任务书

电子信息与电气工程系课程设计报告设计题目：直流伺服电机控制系统设计系别：电子信息与电气工程系年级专业：学号：学生姓名：2006级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书摘要随着集成电路技术的飞速发展，微控制器在伺服控制系统普遍应用，这种数字伺服系统的性能可以大大超过模拟伺服系统。

数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪，可以随意地改变控制方式。

单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用，用单片机作为控制器的数字伺服控制系统，有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。

本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。

对于伺服电机的闭环控制，采用PID控制，利用MATLAB软件对单位阶跃输入响应的PID 校正动态模拟仿真，研究PID控制作用以及PID各参数值对控制系统的影响，通过试凑法得到最佳PID参数。

同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。

关键词：单片机直流伺服电机 PID MATLAB目录1.引言 ...................................................... 错误!未定义书签。

2．单片机控制系统硬件组成.................................... 错误!未定义书签。

微控制器................................................ 错误!未定义书签。

DAC0808转换器.......................................... 错误!未定义书签。

运算放大器............................................... 错误!未定义书签。

按键输入和显示模块....................................... 错误!未定义书签。

课程设计--直流电机调速控制系统设计指导教师评定成绩：审定成绩：**********课程设计报告设计题目：直流电机调速控制系统设计学校：********************学生姓名：**********专业：********************班级：***********学号：**************指导教师：*****************8设计时间：2013 年12 月目录引言 (3)一、直流电动机的工作原理 (4)二、直流电动机的结构 (5)三、直流电动机的分类 (6)四、电动机的机械特性 (7)五、他励直流电动机起动 (10)六、他励直流电动机的调速方法 (11)七、PWM调制电路 (14)八、H桥驱动电路 (14)九、直流电动机调速控制系统设计 (15)十、心得体会 (22)附录参考文献 (23)课程设计任务书 (23)引言现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。

直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。

改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。

PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。

直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。

随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。

【关键字】设计东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真学生：张海松专业：自动化班级学号：指导教师：王立夫设计时间：2012年6月27日东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计任务书专业：自动化班级：509 学生姓名：设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真一、设计实验条件实验设备：PC机二、设计任务直流电机额定电压，额定电枢电流，额定转速，电枢回路总电阻，电感，励磁电阻，励磁电感，互感，，允许过载倍数。

晶闸管装置放大系数：，时间常数：，设计要求：对转速环进行设计，并用Matlab仿真分析其设计结果。

目录绪论--------------------------------------------------------------------------------11.转速单闭环调速系统设计意义-----------------------------12.原系统的动态结构图及稳定性的分析-----------------------22.1 转速负反应单闭环控制系统组成-----------------------22.2 转速负反应单闭环控制系统的工作原理-----------------33.调节器的选择及设计-------------------------------------33.1调节器的选择- --------------------------------------33.2 PI调节器的设计--- ---------------------------------44.Mat lab仿真及结果分析----------------------------------74.1 simulink实现上述直流电机模型-----------------------74.2 参数设置并进行仿真---------------------------------74.3结果分析--------------------------------- ---------155.课设中遇到的问题--------------------------------------166.结束语- ---------------------------------------------17参考文献- ---------------------------------------------17转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真绪论直流电动机由于调速性能好，启动、制动和过载转矩大，便于控制等特点，是许多高性能要求的生产机械的理想电动机。

转速、电流反馈控制的直流调速系统设计一、系统基本参数转速、电流反馈控制直流调速系统采用晶闸管三相桥式整流装置供电，其基本参数如下：直流电动机额定转速n N = 1200 r/min，额定电压U N = 220V，额定电流I N = 180A，电动势系数C e = 0.196V·min/r，电流允许过载倍数λ=1.25；电动机电枢电阻R a = 0.2Ω，回路总电感L = 20 mH；晶闸管整流装置放大倍数K s = 36；电枢回路总电阻R = 0.6 Ω；机电时间常数T m = 0.22 s；额定转速时的给定电压U n* = 10V；转速调节器和电流调节器的输出限幅值为10V。

二、系统设计要求和内容1、要求转速、电流反馈控制直流调速系统稳态无静差，电流环的超调量σ≤5%，i系统从空载起动到额定转速时的转速超调量σ≤10%；n2、设计出转速、电流反馈控制直流调速系统的结构原理图，并分析转速、电流反馈控制直流调速系统的工作原理；3、采用工程设计方法分别设计双闭环直流调速系统中转速环和电流环调节器的结构，并利用相关方法和原理，结合给定的系统参数计算出各参数值，然后进行调节器中相关电阻、电容等元器件选型；4、要求利用Protel 99等软件分别画出基于运算放大器、电阻和电容等元器件实现的转速、电流调节器的模拟电路原理图；5、双闭环直流调速系统的结构和参数设计完后，在MATLAB 的Simulink 中建立相应的模型进行仿真实验，记录相应的仿真曲线和实验数据，并分析相关的实验数据，给出相应的结论，验证设计的系统是否满足要求；6、撰写一份设计报告，要求结构合理、格式规范、内容详实、条理清晰、论证充分，具体格式可参考仲恺农业工程学院毕业设计论文要求；7、严禁抄袭，若发现课程设计或者设计报告中存在抄袭，则一律按不及格处理；8、调节器的工程设计方法请参考《运动控制系统》教材《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》P79中3.3.3节内容进行相关的设计。

湖南工程学院课程设计任务书课程名称：电力电子技术题目：直流电机斩波调速控制系统设计专业班级电气工程及其自动化0603学生姓名：刘清学号：200601010314指导老师：蔡斌军审批：任务书下达日期2009 年 6 月8 日设计完成日期2009 年 6 月19 日第一章概述 (1)1.1概述 (1)1.2控制对象 (1)1.3控制要求...................................２1.4设计任务...................................２第二章系统工作原理 (3)2.1直流电机的结构与调速原理 (3)2.2调速方案选择 (5)2.3 调速电路方案 (6)2.4 控制方案选择 (7)第三章主电路设计与分析 (8)3.1 主电路原理图及说明 (8)3.2 电路参数计算及选型 (9)第四章控制电路的设计与分析 (11)4.1宽调制PWM电路 (11)4.2电流检测装置 (12)4.3 电流调节器ACR (13)4.4 触发装置 (13)总结 (15)参考文献 (16)附录 (17)第一章.概述 (1)第二章.设计总体思路 (2)2.1主电路设计思路 (2)2.2控制电路设计思路 (3)2.3结构框图 (5)第三章. 各单元思路 (6)3.1 主电路的设计 (6)3.1.1 主电路 (6)3.1.2 电路分析 (6)3.1.3 主电路参数计算和元器件的选择 (6)3.1.4 H型桥式斩波电路的设计 (8)3.1.5 整流电路的设计 (8)3.2 控制电路的设计 (9)3.2.1 控制电路框图 (9)3.2.2 控制电路原理简要 (9)3.2.3 SG3525的结构图和工作原理 (10)3.2.4 各引脚具体功能 (11)3.2.5 SG3525的工作原理 (12)3.2.6 SG3525主要电路及其功能 (13)第四章.保护电路及设计 (14)4.1 主回路输出端过电流保护 (14)4.2 电源欠压报警 (14)4.3 MOSFET的保护设计 (15)4.3.1 MOSFET的过电流保护 (15)4.3.2 MOSFET开关过程中的过电压保护 (16)第五章．总结与体会 (16)附录 (18)参考文献 (19)评分表 (20)第一章.概述电力电子技术在现代化社会的建设中的应用起着重要作用并得到飞跃性的发展。

-⾃控课设--直流电机PI控制器参数设计_-⾃控原理1课程设计任务书学⽣姓名：专业班级：电⽓0906指导教师：谭思云⼯作单位：⾃动化学院题⽬: 直流电机PI 控制器参数设计初始条件：⼀直流电机控制系统的⽅框图如图所⽰，其中Y 为电机转速，av 为电枢电压，W 为负载转矩。

令电枢电压由PI 控制定律求取，PI 表达式为：)(0+=tI p a edt k e k v ，其中e=r-y 。

要求完成的主要任务: （包括课程设计⼯作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）写出以v a 和W 为输⼊的直流电机系统微分⽅程；（2）计算W 到Y 的传递函数；（3）试求k P 和k I 的值，使闭环系统的特征⽅程的根包括60j 60±-；（4）分析在单位阶跃参考输⼊、单位斜坡参考输⼊时系统的跟踪性能；（5）在Matlab 中画出上述系统响应，并以此来证明（4）的分析结论。

（6）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析的过程，附Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。

G c (s)600601+s RYave + -+1500W-时间安排：1、课程设计任务书的布置，讲解（半天）3、熟悉MATLAB中的相关⼯具（⼀天）4、系统设计与仿真分析。

（三天）5、撰写说明书。

（⼆天）6、课程设计答辩（半天）指导教师签名：谭思云 2012年 1⽉ 4⽇系主任（或责任教师）签名： 2012年 1⽉ 4⽇摘要控制理论经过数⼗年的发展,并伴随计算技术的快速发展,如今已经形成相当成熟的理论,并在各个⾏业和领域得到⼴泛的应⽤。

本⽂所述的直流电机的PI控制就是其⼀⽅⾯的应⽤，⽂中将结合实例分析PI控制系统对单位阶跃输⼊和单位斜坡输⼊的响应，计算其动态响应和跟踪性能。

完成上述⼯作需借助功能强⼤的数学计算软件MATLAB，精确模拟系统的响应。

关键词：PI控制MATLAB⽬录1系统结构分析 (1)2数学模型 (2)2.1PI模型建⽴ (2)2.2单位反馈传递函数 (2)2.3扰动下的⾮单位反馈闭环传递函数 (2)2.4参数计算 (3)3动态跟踪性能分析 (4)3.1⽐例积分控制的分析⽅法 (4)3.2单位阶跃参考输⼊ (4)3.3单位斜坡参考输⼊ (5)4数学仿真与验证 (7)4.1MATLAB中连续系统模型表⽰⽅法 (7)4.2单位阶跃输⼊时的动态性能 (7)4.3单位斜坡输⼊时的动态性能 (8)5⼼得体会 (11)参考⽂献 (12)1系统结构分析1.1系统结构如下.图1-1 直流电机PI 控制结构图系统组成为⽐例积分环节、⽐例环节、惯性环节和单位负反馈，在⽐例环节与惯性环节之间加⼊扰动信号⽐较点。

《运动控制系统》课程设计任务书一、设计目的与任务课程设计的主要目的是通过设计某直流电机调速系统或交流电机的调速系统或者应用交直流电机的调速的控制系统的设计实践，了解一般电力拖动与控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。

通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。

电力拖动与控制系统设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。

二、教学内容及基本要求在接到设计任务书后，按原理设计和工艺设计两方面进行。

1．原理图设计的步骤1)根据要求拟定设计任务。

2)根据电力拖动与控制系统的设计要求设计主电路。

3)根据主电路的控制要求设计控制回路4)要考虑保护环节，如过电压、过电流等的保护。

5)总体检查、修改、补充及完善。

主要内容包括：6)进行必要的参数计算和设计必要的软件控制流程。

7)正确、合理地选择各电器元器件，按规定格式编制元件明细表。

2．工艺设计步骤1)根据电力拖动与控制系统的任务书的设计要求，或者根据运用电力拖动调速等的设计控制对象及工艺的要求，进行分析。

2)选择合适的设计方案，论证设计方案的合理性。

3)根据设计方案设计合适的电力拖动与控制系统的或运用电力拖动调速的控制系统的主电路和控制电路，并画出相应比较相尽得电路图。

4)进行相应的参数进算，包括电子元器件的参数的计算与选取。

5）软件设计至少要包含比较完整的软件设计流程图。

要求学生能独立完成课程设计内容。

达到本科毕业生应具有的基本设计能力。

三、课程教学的特色说明要求学生掌握一定的理论基础知识，同时具备一定的实践设计技能，并且能够电力拖动与控制系统课程中讲授的内容结合实际情况进行系统设计以及编程。

课程设计任务书1学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程系题目：三相全控桥式晶闸管-电动机系统设计与仿真一、初始条件：1．直流电动机额定参数： P N=10KW, U N=220V, I N =50A,n N =1000r/min，电枢电阻Ra=0.5Ω，总电阻为1Ω，电流过载倍数λ＝1.5，电枢电感L D=7mH，励磁电压U L=220V 励磁电流I L=1.6A，使用三相桥式可控整流电路，直流电动机负载，工作于电动状态。

进线交流电源：三相380V。

2. 性能参数：直流输出电压0-220V，最大输出电流75A，保证电流连续的最小电流为5A。

转速和电流稳态无差，转速超调量小于10％、电流超调量不超过5％。

二、要求完成的主要任务：1.三相全控桥式主电路设计（包括整流变压器参数计算，整流元件定额的选择，平波电抗器电感量的计算等）,讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。

2.触发电路设计。

触发电路选型（可使用集成触发器），同步信号的定相等。

3.晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。

4.ASR和ACR的设计。

5.给出仿真模型及晶闸管，直流侧的电压电流仿真波形，提供总电路图。

三、设计报告撰写要求1.内容要求一般要求包括如下内容：⑴目录编制课程设计的目录，目录的各级标题按照章节顺序排列，统一用阿拉伯数字表示，一级标题为1,2,3，二级标题为1.1,1.2,1.3，三级标题为1.1.1,1.1.2等。

⑵绪论课程设计正文前的引言。

应对课题研究的目的意义，研究现状，课题研究内容，预期研究目标等进行综合论述。

⑶正文是课程设计的主体，根据任务书要求的设计内容完成设计任务。

应对系统总体设计方案的实用性和可行性进行论证，设计系统主电路及控制驱动电路，说明系统工作原理，给出系统参数计算过程，给出仿真模型和仿真结果，并对结果进行分析。

电路图纸、元器件符号及文字符号应符合国家标准。

课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。

（一）任务书1 性能指标稳态指标：系统无静差动态指标：σi<=5%;空载起动到额定转速时σn<=10% 。

2 给定电机及系统参数P N=220W，U N=48V，I N=3.7A，λ=2，n N=200r/min，R a=6.5欧姆电枢回路总电阻R =8欧姆电枢回路总电感L =120mH电机飞轮惯量GD2=1.29 Nm23 设计步骤及说明书要求①画出系统结构图，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，并计算变压器容量及副边电压值；选择整流二极管及开关管的参数，并确定过流、过压保护元件参数。

③分析PWM变换器，脉宽调制器（UPW）及逻辑延时（DLD）工作原理。

④设计ACR、ASR并满足给定性能指标要求。

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。

⑥打印说明书（B5），打印电气原理图（A2）。

并交软盘（一组）一张。

目录（二） 实验设计方法及其步骤一、 概述该系统是运用H 型双极模式PWM 控制的原理,采用电流速度双闭环控制方式,设计的一个基于PWM 控制的直流电机控制系统,并设计了软启动电路和完善的保护电路,确保直流电机控制系统准确、可靠地运行。

在主电路设计上,三相交流电经整流电路整流、电容滤波,再由4个IGBT 组成的H 型双极模式转换电路进行调压控制电机速度。

在控制电路中,采用双闭环控制系统,内环是电流环,外环是速度环。

电流检测采用根据磁场补偿原理制成的新型霍尔效应电流互感器—LEM 模块[1].,电流环调节器采用PI 调节,电流调节器输出控制脉冲宽度调制电路产生PWM 波,再通过脉冲分配电路和驱动电路控制IGBT 实现功率变换。

速度检测采用直流测速发电机,其结构简单可靠,准确度高。

为使整个系统能正常安全地运行,设计了过流、过载、过压、欠压保护电路,另外还有过压吸收电路。

确保了系统可靠运行。

二、 系统结构框图及工作原理2.1 系统结构框图如下：双闭环脉宽调速系统的原理框图如图2-1所示。