当前位置：文档之家 › 运动控制系统课程设计_双闭环直流调速系统

运动控制系统课程设计_双闭环直流调速系统

  • 格式：docx
  • 大小：712.87 KB
  • 文档页数：23

太原理工大学现代科技学院

运动控制系统课程设计

设计名称 双闭环直流调速系统

专业班级 自动化 10—3

学 号 **********

姓 名 王韶雨

指导教师 李铁鹰 太原理工大学现代科技学院

运动控制系统课程设计

设计名称 双闭环直流调速系统

专业班级 自动化 10—3

学 号 **********

姓 名 张浩宇

指导教师 李铁鹰

目录

一、设计任务 .................................................................................................................... 2

1、设计对象参数....................................................................................................... 2

2、性能指标 .............................................................................................................. 2

3、课程设计的主要内容和要求 ............................................................................... 2

3.1电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计 ........................................... 2

3.2控制电路的设计 .......................................................................................... 2

二、电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计 ......................................................... 3

1、整流电路和整流器件的选择 ............................................................................... 3

2、 整流变压器参数的计算 ..................................................................................... 3

3、整流器件的保护................................................................................................... 4

4、平波电抗器参数的计算 ....................................................................................... 4

5、触发电路的选择................................................................................................... 4

三、直流双闭环调速系统原理图设计 ............................................................................. 5

1系统的组成 ............................................................................................................. 5

2系统的电路原理图.................................................................................................. 6

3直流双闭环调速系统调节器设计 .......................................................................... 6

3.1获得系统设计对象....................................................................................... 8

3.2电流调节器的设计....................................................................................... 6

3.3转速调节器的设计..................................................................................... 11

四、系统起动过程分析................................................................................................... 16

0 一、设计任务

1、设计对象参数

（1）Pnom=30KW （2）Unom=220V （3）Inom=136A

（4）nnom=1460r/min （5）R a =0.2Ω （6）R Σ=0.6Ω

（7）C e=0.2 v.min/r （8）RΣ =0.18Ω （9）KS=42

（10）Toi=0.002 s （11）T0=0.01 s （12）λ=1.5

（13）U*nm=8 V (14)U*im=8 V

2、性能指标

σi≤5% σn≤10%

3、课程设计的主要内容和要求

3.1电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计

（1） 整流电路和整流器件的选择

（2） 整流变压器参数的计算

（3） 整流器件的保护

（4） 平波电抗器参数的计算

（5） 触发电路的选择

3.2控制电路的设计

（1） 建立双闭环不可逆直流调速系统的动态数学模型

（2） 电流调节器的设计计算

（3） 转速调节器的设计计算

1

二、电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计

1、整流电路和整流器件的选择

目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图1所示，其中阴极连接在一起的三个晶体管（VT1，VT3，VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶体管（VT4，VT6，VT2）称为共阳极组。

三相桥式全控整流电路图

2、 整流变压器参数的计算

采用三相双绕组变压器。设计参数如下：

U2N=UN=220V；I2N=IN=136A；

额定容量：SN=sqr(3)* U2N* I2N=518.23KV·A

三相双绕组变压器原理图

2

3、整流器件的保护

电力电子器件中不可避免的会发生过电压，会损坏电力电子器件。

对于大容量的电力电子装置，可以采用如下图所示的反向阻断式RC电路来限制和吸收过电压。

反向阻断式RC电路

4、平波电抗器参数的计算

负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的机械特性将很软。当电流断续时，随着Id的增大，转速n（与反电动势成比例）降落很大，机械特性较软，相当于整流电源的内阻增大。较大的电流峰值在电动机换向时容易产生火花。同时，对于相等的电流平均值，若电流波形底部较窄，则其有效值越大，要求电源的容量也大。

为了克服以上缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。

总电感：L∑=TlR∑=0.002*0.6=1.2mH

平波电抗器的电感量：L=L∑-0.693U2/Idmin=2.74mH

5、触发电路的选择

如图所示的晶体管触发电路，它由V1，V2组成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM及附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。当V1，V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。VD1和R3是为了V1，V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设的。为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分，还需适当附加其它电路环节。

3

三、直流双闭环调速系统原理图设计

1系统的组成

转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广、性能很好的直流调速系统。采用PI调节的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，单闭环系统就难以满足要求了。

图1理想快速启动过程电流和转速波形

如题1所示，为了实现在允许条件下的最快启动，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，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。为了实现转速和电流两种负反馈分别在系统中起作用，可以在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）连接，如图2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UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外面，称作外环。这就组成了转速、电流双闭环调速系统。

合集下载

双闭环直流调速控制系统仿真

双闭环直流调速控制系统仿真

计算机仿真

双闭环直流调速控制系统仿真

学 院：电气工程学院

专 业 班 级：自动化0702

学 生 姓 名：

2010.12

目录

（一）直流调速控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３

（二）双闭环直流调速系统工程设计举例 ．．．．．．．．．．．．．．．．４

（三）双闭环直流调速控制系统仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７

（四）仿真结果分析………………………………………………11（一）直流调速控制系统

1、闭环直流调速控制系统介绍

2、电流、转速双闭环直流调速控制系统

ASRACRMLTG*iUnU*nUctUiUn3 ~4

（二）双闭环直流调速系统工程设计举例

已知直流调速系统I，实际生产工艺要求如下：

系统无静差；

电流超调量为

在额定负载下，启动至额定转速的超调量

1. 系统参数计算

固有参数

电势常数

转矩常数：

电磁时间常数： ASRACR)(*sUinU)(*sUnctUiU11sTfn1sTfn11sTfi1sTkSs1/1sTRl_sTRmeC11sTfi)(SIdLE电流环_%5i%5nnom

)/(185.0100005.07002201mimrVnRIUCnomanomnomemAkgCCeM.18.003.1185.003.1sRLTddd025.008.01023机电时间常数间常数：

晶闸管整流装置滞后时间常数：

预置参数

选取转速输出限幅值：，

可以计算得到晶闸管装置放大系数：

启动电流：

选取转速调节器输出限幅值：

电流反馈系数：

选取电流反馈滤波时间常数：

选取转速最大给定值：

得到转速反馈系数：

取转速反馈滤波时间常数：

运动控制系统综合课程设计报告

运动控制系统综合课程设计报告

运动控制系统综合课程设计报告

学院/班级：

指导老师：

成员：

主题： 转速电流双闭环调速系统的工程设计

202 年 月 日

一、设计目的

二、设计方案

三、MATLAB电路设计

四、测试结果与分析

一、设计目的

1 应用交、直流调速系统的基本知识,结合实际生产，确定系统的性能指标,进行运动控制系统设计。

2 应用计算机仿真,通过MATLAB建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真,掌握系统参数对系统性能的影响。

二、设计方案

1. 主电路选用晶闸管整流电路,控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。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,电流环通过电流元件的反馈作用稳定电流,转速环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。两组晶闸管相互配合实现电动机的可逆运行，提高了系统的快速制动和反向运行能力。

系统设计总体框图

2. 因为在起动期间需要保持电枢电流恒定不变；在稳定运行期间需要保持电机的转速恒定不变，所以需要构造电流环和转速环两个反馈环节。电流环在里面转速环在外面。起动过程结束时，实现电枢电流自动与负载电流相平衡，速度调节器选用PI调节器，其输出就能满足起动期间的要求，系统是稳定系统，速度调节器的输出能满足起动结束的要求。①电流环起动时维持最大电流不变，解决了最短时间起动的问题； ②转速环在外面解决了系统起动结束后的抗干扰问题；

③如果系统是一个稳定性系统，那么速度调节器的输出能自动与电流反馈相平衡。

MATLAB仿真静特性图

当控制系统接到停车命令后，转速给定会立即变零。但转速反馈信号不能立即发生，造成速度调节器的输入偏差信号立即等于转速反馈信号，导致ASR的输出立即达到反向饱和状态。由于ACR的给定信号和反馈信号此时的极性相同，又导致ACR产生反向饱和。由于电感上的电流不能发生突变,所以尽管反组桥触发角在整流区但外部条件还没有满足，因此处于待整流状态。而正组桥由于此时触发角在逆变区，而电流方向又没有发生变化，此时为本桥逆变状态。当电枢电流变成零后，由于反组桥的输出电压与电动机的反电势的电压在电流形成回路上的极性一致，形成反接制动，此时反向电流迅速增大。当反向电枢电流出现超调时电流调节器又迅速退出饱和。当电流调节器的输出退出饱和状态进入线性调节状态后，只要电流调节器的给定不变，根据反馈定理制动电流就会自动保持最大值不变。因此出现恒流制动阶段。在恒流期间电流调节器的输入偏差是一个不为零的常数。当转速降的比较小时，为了保持最大允许制动电流不变，反组桥由逆变状态进入整流状态来维持基本不变。当转速开始超调之后。一方面，转速调节器ASR输出退出饱和状态；另一方面，由于电动机带的负载是反抗性负载，所以制动转矩突然变小，使得可逆调速控制系统的超调非常小(产生强烈的阻尼现象)。

《运动控制系统》课程设计教学大纲

《运动控制系统》课程设计教学大纲

《运动控制系统》课程设计教学大纲

大纲执笔人：邓本再 大纲审核人：

课程编号：0808200205

环节类别：课程设计

英文名称：Motion control system

学 分：2

总 周 数：2

适用专业: 自动化

先修课程：自动控制原理、现代控制理论基础、电力电子技术

一、目的

《运动控制系统》是自动化专业的一门主干专业课程，在该课程学习结束后单独安排了2周的课程设计。其目的是要求学生针对某个电机控制系统功能模块或整个控制系统进行设计与实现，使学生能进一步加深对课堂教学内容的理解，了解典型的电机控制系统基本控制原理和结构，掌握基本的调试方法，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和工程实践能力，并初步培养实事求是的工作作风和撰写科研总结报告的能力。

二、基本要求

1．设计题目

（1）单闭环不可逆直流调速系统设计

（2）双闭环不可逆直流调速系统设计

（3）双闭环可逆直流脉宽调速系统设计

（4）三相电压型SPWM逆变器设计

（5）三相CFPWM调速系统设计

（6）三相SVPWM调速系统设计

2．设计内容

（1）设计系统各单元电路和主控电路；

（2）分析并测定系统各环节的输入输出特性及其参数，调试各单元电路；

（3）系统性能分析与程序设计；

（4）系统校正，修正系统静、动态性能。

3．设计要求

（1）初步掌握控制系统的分析和设计的基本方法。包括设计任务，进行设计题目的方案论证。通过调查研究、设计计算，确定方案，写出总结报告。

（2）培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。包括学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找答案。

（3）通过严格的科学训练和工程设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中应具有的生产观点，经济观点和全局观点。

三、课程设计步骤与时间分配

运动控制系统双闭环直流调速系统

运动控制系统双闭环直流调速系统

运动控制课程设计任务书

题目：双闭环直流调速系统设计

使用班级：电气081、082

设计内容

已知电机参数为：PN=500kW，UN=750V，IN=760A，nN=375r/min，Ce=1.82V.min/r,电枢回路总电阻R=0.14Ω，允许过载倍数λ=1.5，触发整流环节Ks=75，Tl=0.031s，Tm=0.112s，调节器输入输出最大电压为10V，设计双闭环调速系统，达到最理想的调速性能。

主要设计内容包括：1、ACR、ASR调节器类型选择与参数计算。2、系统建模与仿真。3、调节器电路设计。4、主电路设计。5、反馈电路设计。6、触发电路设计。7、故障处理电路设计。

设计步骤

一、总体方案设计

二、参数初步计算。

三、控制系统的建模和MALAB仿真

四、根据仿真结果调整参数

五、主电路及控制电路设计

六、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（ A3 幅面）。

课程设计说明书要求

1 ．课程设计说明书应书写认真．字迹工稚，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。

2 ．论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。

3 ．课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方枢图和电路原理图。

4 ．课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识 摘要

I

II 摘要

双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。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。可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，历来是自动控制系统的主要执行元件，在轧钢及其辅助机械、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、大型起重机、金属切削机床、造纸机、纺织机械等领域中得到了广泛的应用。 换向器是直流电机的主要薄弱环节,它使直流电机的单机容量、过载能力、最高电压、最高转速等重要指标都受到限制,也给直流电机的制造和维护添了不少麻烦。然而，鉴于直流拖动控制系统的理论和实践都比较成熟，直流电机仍在广泛的使用。因此，长期以来，在应用和完善直流拖动控制系统的同时，人们一直不断在研制性能与价格都赶得上直流系统的交流拖动控制系统，近年来，在微机控制和电力电子变频装置高度发展之后，这个愿望终于有了实现的可能。在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。并且随着电力电子器件开关性能的不断提高,直流脉宽调制( PWM) 技术得到了飞速的发展。