课程设计——单闭环不可逆直流调速系统设计

课程设计单闭环不可逆直流调速系统仿真实验设计指导教师:学院:专业：班级:姓名：学号：目录任务书 (3)概述 (4)原理 (5)建模与参数设置 (12)仿真结果及分析 (16)参考文献 (17)附图 (18)任务书单闭环不可逆直流调速系统仿真实验设计1．画出系统的仿真模型2．主电路的建模和模型的参数设置（1）三相对称交流电压源的建模和参数设置（2）晶闸管整流的建模和参数设置（3）平波电抗器的建模和参数设置（4）直流电动机的建模和参数设置（5）同步脉冲触发器的建模和参数设置3．控制电路的建模和参数设置4．系统的仿真参数设置5．系统的仿真,仿真结果的输出及结果分析6．打印说明书（B5），并交软盘（一组)一张。

注意事项:1．系统建模时，将其分成主电路和控制电路两部分分别进行2．在进行参数设置时，晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等的参数设计原则如下：如果针对某个具体参数设置，则对话框的有关参数应取装置的实际值；如果不针对某歌剧厅的装置的一般情况，可先去这些装置的参数默认值进行仿真。

若仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化，最后确定其参数。

3．给定信号的变化范围、调节器的参数的反馈检测环节的反馈系数等可调参数的设置，其一般方法是通过仿真试验，不断进行参数优化.4．仿真时间根据实际需要而定，以能够仿真出完整的波形为前提.5．仿真算法的选择：通过仿真实践，从仿真能否进行、仿真的速度、仿真的精度等方面进行选择。

为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环系统。

对调速指标要求不高的场合,采用单闭环系统，按反馈的方式不同分为转速反馈、电流反馈、电压反馈、本次设计中采用的为单闭环不可逆直流调速系统。

转速单闭环系统原理如图1所示，图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号,经速度变换后接到电流调节器的输入端,与给定的电压相比较经放大后，得到移相控制电压Uct，用作控制整流桥的触发电路，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变三象全控整流电路的输出电压，这就构成了速度反馈闭环系统。

课程设计名称：自动控制原理课程设计题目：直流单闭环不可逆调系统专业：班级：姓名：学号：课程设计任务书一、设计题目:直流单闭环不可逆调系统二、设计任务:1．转速负反馈系统静特性方程的确定2. 对转速负反馈系统稳态分析和计算3.对转速负反馈系统的动态分析4. 求出系统稳定条件三、设计计划:第一天选择课程设计题目,确定课程设计任务第二天根据课程设计任务进行查阅资料第三天进行整理资料及进行设计第四天进行可行性分析并进行校正分析第五天进行电脑录入输出四、设计要求:避免直流可逆调速发生，使在不可逆的条件下保证各项工作正常进行，有效利用直流的作用进行工作，提高直流机的各项性能指标。

指导教师：教研室主任：时间：辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表目录1、装置负反馈速系统-------------------------------------------------------------------------------------12、系统静特性方程----------------------------------------------------------------------------------------13、转速负反馈系统稳态分析和计算---------------------------------------------24、转速负反馈调速系统的动态分析-------------------------------------------------------------------4 4.1系统动态结构图----------------------------------------------------------------------------------------4 4.2晶闸管变流器的传递函数----------------------------------------------------------------------------65、系统稳定条件-------------------------------------------------------------106电压负反馈调速系统------------------------------------------------------------------------------------10 7、结论---------------------------------------------------------------------12设计体会--------------------------------------------------------------------13摘要随着电力电子器件、计算机技术和控制理论的迅速发展，电气自动化技术也在日新月异的变化，电气传动自动化技术己广泛应用于各个工程领域。

单闭环不可逆直流调速系统设计目录1 中文摘要 -2 -2 英文摘要 - 2 -3 电力拖动简介 - 3 -4 设置参数 - 3 -5 方案确定 - 3 -5.1 方案的采用 - 3 -5.1.1 调节电枢电压调速 - 3 -5.1.2 主电路的采用 - 3 -5.1.3 控制电路方案的采用 - 4 -6 主电路设计 - 4 -7 控制电路设计 - 5 -7.1 稳态性能分析（流程图） - 6 -7.2稳定性分析 - 6 - 7.3 闭环系统应有的开环放大系数 - 7 -7.4系统动态过程 - 8 -7.5校正环节 - 9 -8 结束语 - 9 -9 参考文献 - 9 -1. 摘要内容摘要：在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，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，可利用积分调节器代替比例调节器。

通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。

然后用此理论去设计一个实际的调速系统。

关键词：稳态性能稳定性开环闭环负反馈静差2.The design and simulation ofSingle loop dc speed control systemAbstract :In the higher demand for performance of speed, if the open loop dc system's steady performance does not meet the requirements, can use speed inverse feedback to improve steadystate precision, but although the speed inverse feedback system adopts proportion regulator,it still have off, in order to eliminate static, can use integral regulator to replace proportion regulator.Based on the theoretical analysis of the single closed loop system which is made up of controllable power, the regulator which is made up of operational amplifier, a rectifier triggered by thyristor , motor model and tachogenerators module, compare the difference of the open loop system and the closed loop system,the original system and the this paper compares the theory of open loop system and the closed-loop system, the difference of primitive system and calibrated system, conclude the optimal model of the dc motor speed control system. Then use this theory to design a practical control system.Key words: steady-statebehaviour stability open loop Close-loop feedback offset3. 电力拖动简介电力拖动是利用电动机拖动生产机械的工作机构使之运转的一种方法。

单闭环不可逆直流调速系统设计1.方案分析与认证1.1转速控制调速指标与要求直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大X围内实现平滑调速，在许多需要调速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。

为了进行定量的分析，可以针对前两项要求定义两个调速指标，叫做“调速X围”和“静差率”。

这两个指标合成调速系统的稳态性能指标。

一个调速系统的调速X围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调X围。

在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速，若额定负载下的转速降落为，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即，于是，最低转速为，而调速X围为，将上式的式代入，得，表示变压调速系统的调速X围、静差率和额定速降之间所满足的关系。

晶闸管-电动机系统是开环系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速，如果负载的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X围内的无级调速，但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求，例如龙门刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大校场有波动，但是，为了保证共建的加工精度和加工后的表面光洁度，加工过程中的速度却必须稳定，也就是说，静差率不能太大，一般要求，调速X围D=20~30，静差率s≤5%。

又如热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内连续轧制，要求各机架出口线速度保持严格的比例关系，使被轧金属的每秒流量相等，才不致造成钢材拱起或拉断，根据工艺要求，须使调速X围D=3~10时，保证静差率s≤0.2%~0.5%。

在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。

任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对消速性能都有一定的要求。

例如，最高转速与最低转速之间的X围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时允许转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载使得允许的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。

课程设计任务书课程名称：电力电子技术课程设计题目：闭环直流电机控制系统设计设计内容与设计要求一．设计内容：1. 系统总体方案确定：1.1用晶闸管整流实现直流调压，实现直流电动机的无级调速。

1.2系统电路由主电路与控制电路组成：主电路主要环节：整流电路及保护电路。

控制电路主要环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。

1.3主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT1.4系统具有完善的保护2. 主电路设计与分析2.1设计主电路；2.2 计算主电路参数并选择主电路元器件选型；2.3 设计主电路保护环节；3. 控制电路设计与分析3.1确定控制电路总体结构，要求采用单闭环控制；3.2 设计速度调节器电路；3.3设计触发电路4. 单闭环直流调速控制系统的调试或仿真4.1在实验室对设计的单闭环直流调速控制系统进行调试；4.2设计单闭环直流调速控制系统仿真模型，确定设计系统的性能指标。

一．设计要求：1．设计思路清晰，给出整体设计框图；2．单元电路设计，给出具体设计电路；3．系统仿真时需给出仿真波形并进行分析。

4．绘制总电路图5．写出设计报告；主要设计条件1．设计依据主要参数1）输入输出电压：三相交流，380V ;2）主电路最大输出电压、电流根据电机参数予以确定；3）要求电机能实现单向无级调速4）电机型号电机型号1：Z2-22 额定参数2.2KW 220V 12.35A 3000 r/min 电机型号2：Z2-71 额定参数30KW 225V 158.5A 3000 r/min 2. 可提供实验设备或上机仿真说明书格式1．课程设计封面；2．任务书；3．说明书目录；4．系统方案确定；5．主电路设计6．控制电路设计（各单元电路图）；7．系统实验、电路改进、仿真等。

8．总结与体会；9．附录（完整的总电路图）；10．参考文献；11、课程设计成绩评分表进度安排第一周星期一:课题内容介绍和查找资料；星期二:总体电路方案确定星期三:主电路设计星期四:主电路元件选型星期五:控制电路设计；第二周星期一: 控制电路设计星期二~三:系统调试及仿真等星期四~五:写设计报告，打印相关图纸；星期五下午:答辩及资料整理参考文献1．王兆安，电力电子技术（第5版）．机械工业出版社，2008. 2．刘星平．电力电子技术及电力拖动自动控制系统．校内，2009.3. 浣喜明，姚为正．电力电子技术．高等教育出版社，2008.4．刘祖润，胡俊达．毕业设计指导．机械工业出版社，1995.5. 林飞，杜欣．电力电子应用技术的MATLAB仿真．中国电力出版社，2009.6．钟炎平．电力电子电路设计．华中科技大学出版社，2010. 7．徐德鸿．现代电力电子器件原理与应用技术．机械工业出版社，2011.8．洪乃刚．电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真．机械工业出版社，2006.目录第1章概述 (1)第2章系统总体方案确定 (2)2.1 闭环调速系统的组成及其静特性 (3)2.1.1 系统组成 (3)第3章主电路设计 (4)3.1主电路结构设计 (4)3.2主电路参数计算及元器件选型 (4)3.2.1整流变压器T1参数计算 (4)3.2.2 晶闸管参数计算 (5)3.2.3 滤波电容计算 (5)3.2.4 平波电抗器计算 (5)3.3主电路保护设计 (6)3.3.1过电流保护 (6)3.3.2 过电压保护 (6)第4章单元控制电路设计 (7)4.1主控制芯片的详细说明及其外围元件设计 (7)4.2检测及控制保护电路设计 (7)4.3驱动电路的设计 (7)第5章系统仿真 (10)5.1 仿真参数计算 (10)第6章总结 (14)附录： (15)第1章概述目前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流电动机具有良好的起、制动性能，调速范围广，静差率小，稳定性好以及具有良好的动态性能，在很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。

单闭环直流调速系统课程设计1. 引言单闭环直流调速系统是电力工程中常见的一种控制系统，用于控制直流电机的转速。

本文将对单闭环直流调速系统进行课程设计，包括系统建模、控制器设计、仿真分析等内容。

2. 系统建模2.1 直流电机模型首先，我们需要对直流电机进行建模。

直流电机可以简化为一个电动势源、一个电阻和一个反电动势。

根据基尔霍夫定律和欧姆定律，可以得到直流电机的数学模型如下：V a=I a R a+k eωm其中，V a为输入电压，I a为输入电流，R a为线圈电阻，k e为反电动势系数，ωm为转速。

2.2 转速传感器模型在实际应用中，我们通常使用转速传感器来测量转速。

假设转速传感器测得的转速为ωr，则有：ωr=k tωm其中，k t为传感器系数。

2.3 控制器模型为了实现对直流电机转速的调节，我们需要设计一个控制器。

这里我们选择PID控制器作为控制器的模型。

PID控制器的输出为控制电压V c，根据PID控制器的定义，有：V c=K p(ωr∗−ωr)+K i∫(ωr∗−ωr)t0dt+K dddt(ωr∗−ωr)其中，K p、K i、K d分别为比例、积分和微分系数，ωr∗为期望转速。

3. 控制器设计3.1 参数整定方法在实际应用中，我们需要根据系统的要求来确定PID控制器的参数。

常用的参数整定方法有经验法、试误法和自整定法等。

这里我们选择试误法进行参数整定。

首先，将PID控制器中的积分项和微分项置零，只保留比例项。

通过调节比例系数K p，观察系统响应特性。

如果系统过冲较大，则减小比例系数；如果系统响应较慢，则增大比例系数。

接下来，在合适的比例系数下，将积分项和微分项逐渐引入，并调节相应的系数。

最终得到满足要求的PID控制器参数。

3.2 仿真分析为了验证所设计的控制器的性能，我们进行仿真分析。

选择合适的仿真软件，建立单闭环直流调速系统的数学模型，并将所设计的控制器加入系统中。

通过对不同输入信号（如阶跃信号、正弦信号等）的响应分析，可以评估控制系统的性能。

《计算机控制技术》课程设计（单闭环直流电机调速系统）摘要运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。

在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。

由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。

当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，并有望在不太长的时间内取代直流调速系统，但是就目前来讲，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要方式。

在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。

而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。

随着电子技术和计算机技术的高速发展，直流电动机调速逐步从模拟化走向数字化，特别是单片机技术的应用，使直流电动机调速技术进入一个新的发展阶段。

因此，本次课程设计就是针对直流电动机的起动和调速性能好，过载能力强等特点设计由单片机控制单闭环直流电动机的调速系统。

本设计利用AT89C52单片机设计了单片机最小系统构成直流电动机反馈控制的上位机。

该上位机具有对外部脉冲信号技术和定时功能，能够将脉冲计数用软件转换成转速，同时单片机最小系统中设计了键盘接口和液晶显示接口。

利用AT89C52单片机实现直流电机控制电路，即直流电动机反馈控制系统的下位机，该下位机具有直流电机的反馈控制功能，上位机和下位机之间采用并行总线的方式连接，使控制变得十分方便。

本系统能够用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节并且有速度显示电路。

本系统操作简单、造价低、安全可靠性高、控制灵活方便，具有较高的实用性和再开发性。

关键词：直流电动机AT89C52 L298N 模数转换1课题来源1.1设计目的计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性，为了使学生进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高学生运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养学生独立自主、综合分析与创新性应用的能力，特设立《计算机控制技术》课程设计教学环节。

单闭环直流调速系统课程设计一、课程设计简介本次课程设计的主要内容是单闭环直流调速系统，旨在通过理论学习和实践操作，使学生掌握单闭环直流调速系统的基本原理、控制方法和实现技术，提高学生的电子技术实践能力和综合素质。

二、课程设计目标1.了解单闭环直流调速系统的基本原理和控制方法；2.熟悉单闭环直流调速系统的硬件组成和软件编写；3.能够根据要求进行电路设计、仿真和实验操作；4.培养学生分析问题、解决问题的能力；5.提高学生的团队协作精神和沟通能力。

三、课程设计内容1.单闭环直流调速系统的基本原理（1）直流电机基本原理（2）PWM技术及其应用（3）PID控制器原理及应用2.单闭环直流调速系统硬件组成（1）电源模块（2）信号采集模块（3）PWM模块（4）PID控制器模块（5）输出驱动模块3.单闭环直流调速系统软件编写（1）编写程序框图设计文档（2）编写控制程序（3）编写PWM程序（4）编写PID控制器程序4.电路设计、仿真和实验操作（1）根据要求进行电路设计和仿真（2）进行实验操作，测试系统性能5.课程设计报告撰写（1）系统框图设计和电路原理图绘制（2）软件设计文档、程序代码和注释说明（3）实验数据记录和分析四、课程设计步骤及要点1.学习单闭环直流调速系统的基本原理和控制方法，了解硬件组成和软件编写；2.根据课程要求进行电路设计、仿真和实验操作；3.撰写课程设计报告，包括系统框图设计、电路原理图绘制、软件设计文档、程序代码和注释说明，以及实验数据记录和分析；4.在整个课程设计过程中，要注意安全问题，严格遵守实验室规定。

五、课程设计评价方法1.考核学生对单闭环直流调速系统的理解深度；2.考核学生的实验操作能力；3.考核学生的团队协作精神和沟通能力；4.评价学生的课程报告质量。

六、总结本次课程设计以单闭环直流调速系统为主题，通过理论学习和实践操作，使学生掌握了单闭环直流调速系统的基本原理、控制方法和实现技术，提高了学生的电子技术实践能力和综合素质。

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。