半实物仿真驱动的“电力拖动自动控制系统”一流课程建设探索
作者：田斐 崔世林 陶太洋
来源：《科技风》2022年第29期
摘要：为了贯彻以产出为导向、以学生为中心的教育教学理念，对标一流课程建设目标，针对直流电机和交流电机的调速问题，提出把计算机虚拟仿真技术和实物实验相融合，构建电力拖动自动控制半实物仿真教学平台，采用MATLAB搭建可视化虚拟仿真平台，程序后台直接和实物通过串行端口相连，程序中的数据采集自实际设备的运行数据，实物平台采用自主研发的20套电机测控实验平台。该一流课程的建设给学生提供了理论知识的运用空间，学生在校就能把所学知识融会贯通，解决生活生产实践中的问题，进而指导生产和生活，使培养的人才更贴近和适合社会的需求。
关键词：电力拖动自动控制系统；半实物仿真；MATLAB软件；自研实验平台
中图分类号：G424
1 概述
2019年10月，教育部启动了一流课程建设工作，“电力拖动自动控制系统”是电气专业的一门重要核心课程，属于专业平台必修课程，该课程同工程实际切合紧密，通过课程的学习，学生能够熟悉调速系统，掌握转速、电流反馈调速系统的设计方法，掌握交流调速系统的方法，为今后从事电机的控制与维护、伺服控制、电气传动控制等打下坚实的基础。
在学校“一流课程建设基金”的资助下，“电力拖动自动控制系统”承担起了电气专业第一批一流课程建设任务，在一流课程的建设过程中，如何在现有基础上提高课程的教学质量、学生的工程素质与能力和思政思辨能力，是一个迫切需要解决的问题。部分高校借助工程教育专业认证［1］的契机，对课程的教学方式和手段进行了大幅改革，教学质量取得了一定的进展；部分高校大力开展精品课程建设，也取得了一定的成绩;还有部分高校大力开展MOOC在线课程;也有部分高校开展了线上线下混合教学等。这些措施的实施，都为提升教学质量、提高学生的工程素质和能力做出了一定的贡献和成绩。
学 号： 0121018700306
课 程 设 计
题 目 组合机床加工过程PLC自动控制设计
学 院 物流学院
专 业 物流工程
班
级 行政1001班
姓 名 徐宏华
指导教师 徐沪萍
2013 年 6 月 29 日 武汉理工大学《机电传动控制》课程设计说明书
课程设计任务书
学生姓名： 徐宏华 专业班级： 物流行政1001班
指导教师： 徐泸萍 工作单位： 物流学院
题 目: 组合机床加工过程PLC自动控制设计
初始条件：
1.编程环境：Step7v5.5软件
2.PLC型号：西门子公司S7系列，S7-300
3.机电传动的相关资料指导书
4.仿真环境：S7-PLCSIM
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）
液压滑台式组合机床在原位启动后，快速向前到设定的位置时转为慢速前进，到达攻丝进给位置时停止前进，转为攻螺纹主轴转动，丝锥能向前攻入，打到规定深度时，主轴快速制动。接着攻螺纹反转退出，回到原位时快速制动，同时滑台能快速退回原位，并在原位停止。
时间安排：十八周
指导教师签名： 年 月 日
系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 武汉理工大学《机电传动控制》课程设计说明书
本科生课程设计成绩评定表
姓 名 徐宏华 性 别 男
专业、班级 物流行政1001班
课程设计题目：组合机床加工过程PLC自动控制设计
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
太原理工大成教本科毕业设计论文
PWM直流脉宽调速
系统的设计 PWM直流脉宽调速系统的设计
摘 要
以电力电子学和电机调速技术为基础，本文设计了一种基于直流脉宽调速控制技术的直流电机调速系统。为了得到较好的动静态性能，该控制系统采用了双闭环控制，同时速度调节器和电流调节器都选用PI调节器。
本调速系统采用半桥型电路作为主电路,它相当于降压斩波电路和升压斩波电路的串联组合,选用全控型器件IGBT作开关器件。控制电路以集成PWM控制器SG3525为核心,3525输出的脉宽调制信号经LM1413放大后作为IGBT的驱动信号。实验证明本调试系统直流电压大小调节和电机可逆运行的实现非常方便，并具有较硬的静特性和机械特性。
关键词: 升/降压斩波电路；SG3525；直流脉宽调速；MATLAB
太原理工大成教本科毕业设计论文
Abstract
On the basis of Power Electronic and electric motor speed adjusting technology, the
calibrator designs a speed adjusting system in which Pulse Width Modulation (PWM)
controlling technology is used to control D.C. motor. Dual closed loop controlling technic is
alse adopted so that the sysetem has satisfactory steady-state and dynamic characters. The
system uses single chip micro computer as an auxiliary unit.
Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) is selected as power semiconductor on-off
电气传动课程设计
目录
第一章：电气传动课程设计任务书
第二章 直流调速系统参数测试
第三章 转速调节器和电流调节器的设计
第四章：直流调速系统的调试
第五章：直流调速系统的仿真
第六章：结论及分析
第七章：实验注意事项
第一章：电气传动课程设计任务书
1．实验对象和操作台
受控对象为直流电动机——发电机组，控制系统操作台为DS-II型电气控制系统综合试验台
2.设计指标要求
针对享有平台，设计内环为电流环、外环为转速环的双闭环结构调节器的调速系统。稳态指标为无静差；动态指标要求，在启动时电流超调小于5%；空载启动到额定转速时的转速超调小于10%。系统有良好的抗干扰性能。
3.课程设计工作时间安排
第一阶段：了解课程设计的任务，了解控制对象和整体试验台，进行小组分工，明确任务。
第二阶段：测试电机组各项参数和控制台整流放大倍数，转速反馈系数、电动机——发电机组电阻、电感等参数。
第三阶段：根据测量的各项参数进行理论推导和仿真，计算出电流环和转速环校正参数。
第四阶段：在实验控制操作台做实际调试，先调试内环，再调试外环，直到达到指标要求。
第五阶段：分析理论推算的结果、仿真结果和实际调试结果之间的误差，并提出解决的办法。
第六段：整体测试
第七段：分析实验结果，撰写实验报告。
第二章 直流调速系统参数测试 双闭环调速系统动态结构如图1所示，要想得到系统的结构模型就必须对直流调速系统的各个参数进行测试。本章主要测试电枢回路电阻、机电时间常数、电磁时间常数、电势常数、转矩常数以及触发—晶闸管放大倍数、电流反馈系数和转速反馈系数。
图1
ACRASRUn*(s)11sT+-11sT1sTK1/1sTRsTRC11sT1sT-Ui*(s)+-Uct(s)Ud(s)+-E(s)IdL(s)n(s)+-
一、 电枢回路电阻的测定
电枢回路总电阻R=Ra+RL+Rn+Rc，其中Ra为电枢电阻、RL为平波电抗器的直流电阻、Rn为整流装置的内阻、Rc为电枢回路的附加电阻、线路电阻（无附加电阻时取Rc=0）。本次设计采用伏安比较法实验测定，电路按下图2接线。
