运动控制课程设计
双闭环系统的最佳工程设计
目录
1. 课程设计任务书 (1)
1.1系统性能指标 (1)
1.2设计内容 (1)
1.3应完成的技术文件 (1)
2．课程设计设计说明书 (2)
2.1综述 (2)
2.2整流电路 (2)
2.3触发电路的选择和同步 (3)
2.4双闭环控制电路的工作原理 (4)
3. 设计计算书 (6)
3.1整流装置的计算 (6)
3.1.1变压器副方电压 (6)
3.1.2变压器和晶闸管的容量 (6)
3.1.3平波电抗器的电感量 (7)
3.1.4晶闸管保护电路 (8)
3.2 控制电路的计算 (9)
3.2.1已知参数 (9)
3.2.3预选参数 (10)
3.2.5最佳典型II型速度环的计算 (12)
3.3系统性能指标的分析计算 (13)
3.3.1静态指标的计算 (13)
3.3.2动态跟随指标的计算 (14)
3.3.3动态抗扰动指标的计算 (14)
参考资料 (16)
4.附图和附表 (17)
4.1动态结构图和相应的动态结构参数图 (17)
4.2典Ⅰ典Ⅱ的开环对数幅频特性图 (17)
4.3系统参数表 (18)
4.4元件明细表 (22)
4.5系统原理图 (23)
1. 课程设计任务书
1.1系统性能指标
1)条速范围D>10
2)静差率s<5%
3)电流超调量<5%
4)空载起动到额定转速的超调量<10%，调整时间<1s
5)当负载变化20%的额定值，电网波动10%额定值时，最大动态速降<10%,
动态恢复时间<0.3s
1.2设计内容
1)设计系统原理图
2)计算调节器参数及其它参数
3)编写课程设计说明书
1.3应完成的技术文件
1)设计说明书
2)设计计算书
3)系统原理图
4)电气元件明细表
2．课程设计设计说明书
2.1综述
随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的这一缺陷。
双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是旨在对双闭环进行最优化的设计。
2.2整流电路
本次课程设计的整流主电路采用的是三相桥式全控整流电路，它可看成是由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。
三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。为使负载电流连续平滑，有利于直流电动机换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，一般要串入电感量足够大的平波电抗器，这就等同于含有反电动势的大电感负载。
三相桥式全控整流电路的工作原理是当o 0=α时的工作情况。触发电路先后向各自所控制的6只晶闸管的门极（对应自然换相点）送出触发脉冲，即在三相电源电压正半波的1、3、5点（正半波自然换相点）向共阴极组晶闸管VT1、VT3、VT5输出触发脉冲；在三相电源电压负半波的2、4、6点（负半波自然换相点）向共阳极组晶闸管VT2、VT4、VT6输出触发脉冲。
以下三点是三相桥式全控整流电路所要遵循的规律：
1）三相桥式全控整流电路任一时刻必须有两只晶闸管同时导通，才能形成负载电流，其中一只在共阳极组，另一只在共阴极组。
2）整流输出电压波形是由电源线电压UV u 、UW u 、VW u 、VU u 、WU u 和WV u 的轮流输出所组成的，各线电压正半波交点1~6分别是VT1~VT6的自然换相点。
3）六只晶闸管中每管导通o 120，每间隔o 60有一只晶闸管换流。
综上所述，三相桥式全控整流电路的整流输出电压脉动小，脉动频率高，基波频率为300Hz ，所以串入的平波电抗器电感量较小。在负载要求相同的直流电压下，晶闸管承受的最大电压，将比采用三相半波可控整流电路要减小一半，且无需要中线，谐波电流也小。所以，广泛应用于大功率直流电动机调速系统。如果为了省去整流电压器，可以选用额定电压为440V 的直流电动机。相比其他各类整流电路而言，再根据其优点，所以采用三相桥式全控整流电路。
本次本次课程设计的变压器联结组别采用的是主变压器为11Yd 和同步变压器为4y Y 。当然不同的联结组别的选择会产生不同的效果和作用。
以下为变压器联结组别选择的国家标准：
为了制造和使用上的方便，国家规定三相双绕组电力变压器的标准联结组为0n Yy 、0y Y N 、0y Y 、11Yd 、11d Y N 。其中0n Yy 用于低压侧电压为400~230V 的配电变压器中，供给动力与照明混合负载。变压器的容量可达1800kV.A ，高压侧的额定电压不超过35kV 。0y Y N 用于高压侧需接地的场合。0y Y 只供三相动力负载。11Yd 用在低压侧电压超过400V 的线路中，最大容量为31500kV.A ，高压侧电压在35kV 以下。11d Y N 用在高压侧需要接地且低压侧电压超过400V 的线路中。
三相变压器的绕组联结时应注意利用单相变压器接成三相变压器组时，要注意绕组的极性。把三相心式变压器的一、二次侧三相绕组接成星形或三角形时，其首端都应为同名端；一、二次绕组相序要一致。
2.3触发电路的选择和同步
晶闸管的电流容量越大，要求的触发功率越大。对于大中电流容量的晶闸管，为了保证其触发脉冲具有足够的功率，往往采用由晶体管组成的触发电路。本次课程设计的触发电路采用的是锯齿波同步的触发电路，该电路由五个部分组成，分别为同步环节；锯齿波形成及脉冲移相环节；脉冲形成、放大和输出环节；双脉冲形成环节；强触发环节。
选择好触发电路后，就要考虑同步的问题。所谓同步，就是要求触发脉冲和加于晶闸管的电源电压之间必须保持频率一致和相位固定。实现同步的主要方法是通过同步变压器TS 的不同联结组别向各触发单元提供不同相位的交流电压，称之为同步信号电压，确保变流装置中各晶闸管能按规定的顺序和时刻获得触发脉冲并有序地工作。通常，同步变压器的联结组别与主电路整流变压器联结组别、主电路形式、负载性质以及采用何种触发电路均有关系。实际上所谓三相触发电路同步定相，就是在主电路整流变压器联结组别、主电路形式、负载提出的所需移相范围以及触发电路均已确定的条件下，如何经过简便的方法来确定同步变压器联结组别并给各触发单元选取相应的同步电压。
由于同步变压器二次电压要分别接到各单元触发电路，而各单元触发电路又均有公共“接地”端点，所以同步变压器的二次侧选择星形联结。由于整流变压器与同步变压器一次绕组总是接在同一的三相电源上，所以对同步变压器联结组别的确定可以采用简化的电压相量图解方法。
