课程设计任务书
学年第一学期
学生姓名：专业班级：
指导教师：工作部门：
一、课程设计题目：直流调速系统设计及仿真和此处根据自己做的题写名称
二、设计目的：
《控制系统课程设计》是继“自动控制系统”课之后开设的实践性环节课程。由于它是一门理论深、综合性强的专业课，单是学习理论而不进行实践将不利于知识的接受及综合应用。本课程设计将起到从理论过渡到实践的桥梁作用,通过该环节训练达到下述教学目的：
1、通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。
2、通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，达到培养学生综合应用所学知识能力、培养学生实际查阅相关设计资料能力的目的、培养学生工程绘画和编写设计说明书的能力。
3、通过课程设计，提高学生理论联系实际，综合分析和解决实际工程问题的能力。通过它使学生理论联系实际，以实际系统作为实例，对系统进行分析设计，掌握控制系统设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范、设计步骤方法及系统调试步骤。通过设计培养学生严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风。培养学生的创新意识和创新精神，为今后走向工作岗位从事技术打下良好基础。
三、课程设计内容（含技术指标）
1．直流调速系统设计及仿真题目和设计要求：（直流调速系统选项一题）
(一)直流调速系统的设计选题1
机架序号电动机
型号
P n（KW）U n（V）I n（A）n n（r/min）R a（Ω）GD a2（Nm2）Ｐ极对
数
１Z2-92 67 230 291 1450 0.2 68.60 1
(2)技术数据
１．电枢回路总电阻取Ｒ＝２Ｒa ；总飞轮力矩：2
25.2a GD GD =。
２．其他参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。
３．要求：调速范围Ｄ＝10，静差率Ｓ≤５％：稳态无静差，电流超调量%5%≤i σ；启动到额定转速时的转速退饱和超调量%10≤n σ。
４．要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。 ５．要求触发脉冲有故障封锁能力。 ６．要求给拖动系统设置给定积分器。 (3)设计的内容 1.调速的方案选择
（１） 直流电动机的选择（根据上表按小组顺序选择电动机型号）
（２） 电动机供电方案的选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控整流器供
电方案）；
（３） 系统的结构选择（要求通过方案比较后，采用转速电流双闭环系统结构）； （４） 确定直流调速系统的总体结构框图。
2.主电路的计算（可参考“电力电子技术”中有关主电路技术的章节）
（１） 整流变压器计算，二次侧电压计算；一、二次侧电流的计算；容量的计算。 （２） 晶闸管元件的选择。晶闸管的额定电压、电流计算。
（３） 晶闸管保护环节的计算。a)交流侧过电压的保护；b)阻容保护、压敏电阻保护计
算；c)直流侧过电压保护；d)晶闸管及整流二极管两端的过电压保护；e)过电流保护。f)交流侧快速熔断器的选择,与元件全连的快速熔断器的选择,直流侧快速熔断器的选择。
（４） 平波电抗器计算。 ３.触发电路的选择与校验
触发电路种类多，可直接选用，电路中元器件参数可参照有关电路进行选用。 4.控制电路设计计算：
主要包括：给定电源和给定环节的设计计算、转速检测环节的设计与计算、调速系统的稳态参数计算、调速系统的稳态参数计算。
5.双闭环直流调速系统的动态设计：
主要设计转速调节器和电流调节器，可参阅双闭环调速系统调节器的工程设计法进行设计。
6. 对系统进行仿真校验并上交设设说明书。
(二)直流调速系统的设计选题2
不可逆直流调速系统设计：设计数据：直流电机额定功率P N=10KW；额定电压UN=220V, 额定电流I N=55A,极对数2P=4,转速n N=1000r/min；电枢电感L D=7mH；电枢电阻Ra=0.5Ω,励磁电压U L=220V, 励磁电流I L=1.6A；要求系统调速范围D=10,S≤5%，电流脉动系数Si≤10%。
设计要求:
1、调速方案选择及确定
2、主电路计算和元件选择
3、触发电路设计选择
4、控制回路设计元件选择和指标校验
5、辅助电路设计及选择
6、PCB板设计(选做)
7、调试方案制订
8、对系统进行仿真
9、上交设计说明书，原理图
（三）直流调速系统的设计选题3
某晶闸管供电的双闭环系统设计设计数据：直流电机额定功率P N=60KW；额定电压U N=220V, 额定电流I N=308A,转速n N=1000r/min；电势系数Ce=0.196V·min/r；主回路总电阻R=0.18Ω,触发整流环节放大倍九Ks=35；电磁时间常数T l=0.012s,机电时间常数Tm=0.12s, 电流反馈滤波时间常数Toi=0.0025s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.015s。各调节器限幅为8V，励磁电压UL=110V, 励磁电流I L=0.8A；要求系统调速范围D=10,S≤10%，电流超调量σi%≤5%,转速超调量σn%≤12%.
设计要求:
1、调速方案选择及确定
2、电路计算和元件选择
3、触发电路设计选择
4、控制回路设计元件选择和指标校验
5、辅助电路设计及选择
6、PCB板设计(选做)
7、调试方案制订
8、对系统进行仿真
9、上交设计说明书，原理图及PCB板图
（四）直流调速系统的设计选题4
直流电动机：型号Z3-51
额定功率P N=5.5kW，额定电压U N=220v
额定电流I N=28.6A，额定转速n N=1500r/min,，J=0.021kg·m2
励磁方式：他励，励磁额定电流Iex=0.75A
要求：(1)静态指标：调速范围D=5，静态指标S<0.1%，
(2)动态指标：动态调整时间Δt≤2s，空载起动到额定转速时的转速超调б
n<=20%设计要求:
1、方案选择及确定
2、电路计算和元件选择
3、触发电路设计选择
4、控制回路设计元件选择和指标校验
5、辅助电路设计及选择
6、PCB板设计(选做)
7、调试方案制订
8、对系统进行仿真
9、上交设计说明书，原理图
2．交流调速系统建模及仿真（交流调速系统选一题）
1、交流调压调速系统建模及仿真。
系统设计数据技术数据：380V，50HZ，三相交流供电电源
鼠笼式三相交流异步电动机，额定功率P N=2.2kW，额定电压U N=380v，额定电流I N=10A，额定转速n N=1460r/min,，J=0.255kg·m2，Rs=0.435Ω，Rr=2Ω，P=2。建立交流调压调速系统的仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。
2、串级调速系统系统建模及仿真：
系统设计数据技术数据：380V，50HZ，三相交流供电电源
绕线式三相交流异步电动机，额定功率P N=2.2kW，额定电压U N=380v，额定电流I N=5A，额定转速n N=1460r/min,，J=0.045kg·m2，Rs=1.435Ω，P=2。建立串级调速系统的仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。
3、交-交变频调速系统的建模与仿真：
系统设计数据技术数据：380V，50HZ，三相交流供电电源
鼠笼式三相交流异步电动机，额定功率P N=2.2kW，额定电压U N=380v，额定电流I N=10A，额定转速n N=1460r/min,，J=2kg·m2，Rs=0.435Ω，Rr=3Ω,P=2。建立交-交变频调速系统的仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。
4、矢量控制变频调速系统的建模与仿真：
系统设计数据技术数据：380V，50HZ，三相交流供电电源
鼠笼式三相交流异步电动机，额定功率P N=2.2kW，额定电压U N=380v，额定电流I N=10A，额定转速n N=1460r/min,，J=0.2kg·m2，Rs=0.087Ω，Rr=0.228Ω,P=2。建立磁链开环、转速和电流闭环的异步电机矢量控制调速系统仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。
5、直接转矩控制系统的建模与仿真：
系统设计数据技术数据：380V，50HZ，三相交流供电电源
鼠笼式三相交流异步电动机，额定功率P N=12kW，额定电压U N=380v，额定电流I N=25A，额定转速n N=1460r/min,，J=0.02kg·m2，Rs=0.16891Ω，Rr=0.13973Ω,P=2。建立直接转矩控制系统的仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。
6、转速开环恒压频比控制交流电机调速系统建模与仿真
系统设计数据技术数据：380V，50HZ，三相交流供电电源
鼠笼式三相交流异步电动机，额定功率P N=2.2kW，额定电压U N=380v，额定电流I N=10A，额定转速n N=1460r/min,，J=0.2kg·m2，Rs=0.087Ω，Rr=0.228Ω,P=2。建立调速系统仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。
四、课程设计基本要求
通过课程设计，学生应掌握控制系统工作原理、总体方案确定原则、主电路设计及元器件选型、控制回路设计及元器件选择、辅助回路设计等。并能熟练应用相应软件绘制原理图，并能应用控制系统仿真软件对所设计系统进行仿真实验。
1）本课程设计应根据设计任务书以设计技术规程及规定进行，完成内容：
1.根据设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念
清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。
2.要求掌握直流调速系统的设计内容、方法、步骤和交流调速系统建模与仿真。
3.学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数。
4.学会绘制有关电气系统原理图和编制元器件明细表。
5.学会编写设计说明书。
6.通过对所设计的系统进行仿真实验，掌握系统仿真的方法。
2）实施过程：
1.学生分组、布置题目。按学号分组，然下达课程设计任务书，原则上每小组一个题目。
2.熟悉题目并选题，收集资料。设计开始，每个学生根据所选的题目，充分了解技术要求，明
确设计任务，收集资料，包括参考书、手册和图表等，为设计做好准备
3.直流调速系统设计及仿真。正确选定系统方案，并进行主电路和保护电路设计、计算和元器
件选型，认真画出系统总体结构框图。
4. 直流调速系统控制电路的方案选定、设计、计算和元器件选型，完成操作电路原理设计和
元件选型，最后进行仿真实验并校验是否达到要求。
5.交流调速系统的建模与仿真，先简要讲述基本原理，然后进行建模仿真，给出仿真结果。
6.校核整个系统设计，编制元件明细表。
7.绘制正规系统原理图，整理编制课程设计任务书。
五、设计进度安排
1、进度表
3、执行要求
（1）直流调速设计的十三题中选做一题，在交流调速仿真四题中选一题。
（2）要求独立完成，并在答辩过程中检测。
（3）为了避免雷同，在设计中所采用的方案不能一样。
六、设计报告
本课程设计的任务包括两部分内容：直流调速系统的设计并校验和交流调速建模与仿真。
(一)直流调速系统设计部分提交:
1．题目及技术要求
2．系统方案和总体结构。
3．系统工作原理介绍。
4．具体设计说明：包括主电路和控制电路。
5．元件明细表。
6．系统原理图：绘制原理图纸一张。
7.指标校验与仿真实现。
8.仿真模型和仿真结果.
9.画PCB板图(选做)。
(二)交流部分提交
对给定的调系统进行原理分析、建模与仿真,并提交仿真结果。
七、考核方式及成绩评定
六、参考资料
1、陈伯时.电力拖动自动控制系统，第３版.：机械工业出版社，2004
2、石玉等.电力电子技术题例与电路设计指.：机械工业出版社，1998
3、王兆安.电力电子技术. 第4版．：机械工业出版社，200０
4、王离九等. 电力拖动自动控制系统. ：华中科技大学出版社，1991
5、胡寿松.自动控制原理：第4版.：国防工业出版社
6、洪乃刚等。电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真。机械工业出版社，2007。
7、李华德主编。交流调速控制系统。电子工业出版社，2003
8、胡崇岳等。现代交流调速系统。机械工业出版社，2001
控制系统课程设计成绩评定表
指导教师签字：