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转速电流双闭环直流调速系统

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运动控制期中设计

论文题目：基于80C196KC单片机数字触发的转速电流双闭环V-M 直流调速系统设计

学 院：.

专业班级:.

指导老师：…

姓 名：…..

提交日期：2012年5月16日

基于80C196KC单片机数字触发的转速电流双闭环V-M直流调速系统设计

- 1 -

目 录

摘 要 ............................................................................................................................ 2

第1章 设计任务 ...................................................................................................... 2

第2章 系统设计 ........................................................................................................ 3

2.1 系统总原理框图． ............................................................................................. 3

2.2 控制电路总体图 ................................................................................................. 4

2.3 系统主电路图 ..................................................................................................... 5

第3章 主要环节设计 ................................................................................................ 6

3.1 电流环的设计 ..................................................................................................... 6

3.2 转速环的设计 ..................................................................................................... 8

第4章 单元模块设计 ............................................................................................ 10

4.1 电源及转速给定电路设计 ............................................................................. 10

4.2 转速检测电路设计 ........................................................................................... 11

4.3 电流检测电路设计 ......................................................................................... 12

4.4 系统触发电路设计 ........................................................................................... 13

第5章 主电路元件参数计算及选型 ...................................................................... 22

5.1 变压器容量计算及选型 ................................................................................... 22

5.2 整流元件晶闸管的选型 ................................................................................... 25

5.3保护电路计算与选型 ........................................................................................ 25

六 心得体会： .......................................................................................................... 28

七 附件 ...................................................................................................................... 28

附件一 系统总原理图 ................................................................................................ 29

附件二 参考文献 ........................................................................................................ 30

基于80C196KC单片机数字触发的转速电流双闭环V-M直流调速系统设计

- 2 - 摘要 本文是在以80C196KC单片机为基础的数字触发器上，实现了转速电流双闭环的直流V-M调速.论文重点介绍了转速环和电流环的设计思想及参数计算，并详细介绍了以单片机实现数字触发器的各个部分的实现原理。完成了具有良好的起动性能，宜于在大范围内平滑无静差调速的直流电动机调速任务。

关键字 80C196KC单片机 数字触发器

双闭环 直流V-M调速

Abstract：This paper is based on intel 80C196KC digital trigger, realize the

double closed loop of speed and current of DC speed on V-M. What’s more,

place an important emphasis on the rotation speed loop and current loop of the

design idea and parameters ’calculation, and introduces the MCU to various

parts of the digital trigger the realization of the principle. The system Complete

the task of good start performance, in the large range of speed regulation for

DC speed control smooth.

Key words: intel 80C196KC digital trigger double closed loop

DC speed on V-M

一 设计任务

1.1 设计题目

转速电流双闭环直流调速系统设计

1.2. 已知参数

某转速电流双闭环直流调速系统采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，已知基本数据如下：

（1）电动机参数：nomU =220V , nomI =136A , nomn =1460r/min, aR =0.2,

允许过载倍数5.1 。

（2）闸管放大系数：sK =40。

（3）电枢回路总电阻：R=0.5

（4）电枢回路总电感：L=15mH；

（5）电动机轴上的总飞轮力矩：2GD=22.5N.2m；

（6）电流反馈系数：V/A05.0

（7）转速反馈系数：r/min007.0V

（8）滤波时间常数：电流反馈滤波时间常数oiT =0.002s ，转速反馈滤波时间常数onT =0.01s。

1.3 设计指标： 基于80C196KC单片机数字触发的转速电流双闭环V-M直流调速系统设计

- 3 - 电流超调量%5i转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量%10%n。

1.4 设计要求：

（1）运用调节器工程设计法设计ASR与ACR，达到系统的设计指标，得到ASR与ACR的结构与参数。电流环设计为典1系统，转速环设计为典2系统。

（2）设计出上述设计的直流双闭环调速系统的完整硬件实现原理图，原理图采用Protel软件画图。

（3）说明原理图实现上述直流调速系统的原理。

（4）给出原理图每个元件的型号与值，并说明选值依据。

（5）系统控制部分可以采用模拟电路或者微处理器实现。若采用微处理器实现，要说明软件实现流程以及核心软件的算法。

二 系统设计

2.1 系统总原理框图

直流电机的供电需要三相直流电，在生活中直接提供的三相交流380V电源，因此要进行整流，则本设计采用三相桥式整流电路变成三相直流电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机。其中，驱动电路由同步变压器和80C196KC单片机以及驱动放大电路组成。

图1 系统框图 三相交流电源 三相桥式整流电路 直流电动机

整流 供电

转速电流负反馈 驱动电路 保护电路

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转速、电流双闭环电机直流调速

转速、电流双闭环电机直流调速

转速、电流双闭环电机直流调速

第⼀章绪论1.1 直流调速概念

直流调速[1]是指⼈为地或⾃动地改变直流电动机的转速,以满⾜⼯作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加⼯电压等⽅法来改变电动机的机械特性,从⽽改变电动机机械特性和⼯作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发⽣变化。1.2 直流调速系统的发展史

直流传动具有良好的调速特性和转矩控制性能，在⼯业⽣产中应⽤较早并沿⽤⾄今。早期直流传动采⽤有接点控制，通过开关设备切换直流电动机电枢或磁场回路电阻实现有级调速。1930年以后出现电机放⼤器控制的旋转交流机组供电给直流电动机（由交流电动机M和直流发电机G构成，简称G—M系统），以后⼜出现了磁放⼤器和汞弧整流器供电等，实现了直流传动的⽆接点控制。其特点是利⽤了直流电动机的转速与输⼊电压有着简单的⽐例关系的原理，通过调节直流发电机的励磁电流或汞弧整流器的触发相位来获得可变的直流电压供给直流电动机，从⽽⽅便地实现调速。但这种调速⽅法后来被晶闸管可控整流器供电的直流调速系统所取代，⾄今已不再使⽤。1957年晶闸管问世后，采⽤晶闸管相控装置的可变直流电源⼀直在直流传动中占主导地位。由于电⼒电⼦技术与器件的进步和晶闸管系统具有的良好动态性能，使直流调速系统的快速性、可靠性和经济性不断提⾼，在20世纪相当长的⼀段时间内成为调速传动的主流。今天正在逐步推⼴应⽤的微机控制的全数字直流调速系统具有⾼精度、宽范围的调速控制，代表着直流电⽓传动的发展⽅向。直流传动之所以经历多年发展仍在⼯业⽣产中得到⼴泛应⽤，关键在于它能以简单的⼿段达到较⾼的性能指标。例如⾼精度稳速系统的稳速精度达数⼗万分之⼀，宽调速系统的调速⽐达1：10000以上，快速响应系统的响应时间已缩短到⼏毫秒以下。

在实际应⽤中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，⼀是要具有较⾼的机电能量转换效率；⼆是应能根据⽣产机械的⼯艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能如何对提⾼产品质量、提⾼劳动⽣产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术⼀直是研究的热点。

实验二 转速、电流双闭环直流调速系统

实验二 转速、电流双闭环直流调速系统

1 实验二 转速、电流双闭环直流调速系统

一．实验系统原理图：

~AGRgLRm220V负载回路励磁回路直流电机主回路220触发脉冲单元测速计FBSASRDZS*nUnUUcugACRFBC电流反馈单元 转速反馈单元*iUiU速度PI调节器电流PI调节器零速封锁器M

二．实验内容及步骤：

1． 脉冲触发单元零位整定：（同实验一）。

2． 电流环调试：

1） 电流调节器ACR的限幅整定：（不加强电）

guACRcuPI

调电流调节器ACR的RP1，使触发角30~15

2）电流反馈系数β整定及反馈极性判定：

开环，gcuu 不加励磁，Rm最大，负载开路。合上强电后，增加gu，使1.1IdA，调整FBC的RP1，使电流反馈*5iimUUV。此时，UiId。判定0Ui。

3）电流闭环运行（接入Rm）：

guACRcuPIiu 2 不加励磁，合上强电。增大gu，使1.0IdA，调Rm，Id应不变。

3． 转速环调试：

1） 转速调节器ASR的输出限幅整定：（不加强电）

guASR*iuPI-

ASR接成PI调节器，不通强电。正给定ug+接ASR的输入端, 用万用表测量ASR的输出：调ASR的电位器RP2（对应负输出），使*5iuV。

2） 转速反馈系数α整定及极性判定：

ug+ -> uc ，开环运行，加强电，加励磁，Rm最大。调正给定ug，开环运行至min/1500rn。调转速反馈单元FBS中的电位器RP,使转速反馈电压5nuV(用万用表测量)。由于ASR、ACR是反相器，故双闭环时转速反馈电压端极性应取负。

4. 系统双闭环调试：

按原理图双闭环接线，检查无误后，合强电，测机械静特性。（方法步骤同实验一）。

n 1400

Id 0.4 0.6 0.8 1.0

5. 突加给定，观察转速和电流的波形：

在4.基础上，空载1400/minnr，将给定打至零，再突加给定，用慢扫描示波器观察转速和电流的波形。

双闭环直流调速系统(课程设计)

双闭环直流调速系统(课程设计)

Word资料

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4•仿真实验9 Word资料

5•仿真波形分析13

三、心得体会14

四、参考文献16

1•课题研究的意义

从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等。直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。且直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。

2•课题研究的背景

电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器，电力电机技术的迅猛发展，促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。从20世纪60年代第一代电力电子器件-晶闸管(SCR)Word资料

发明至今，已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件-GTR、GTO、MOSFET，第三代复合场控器件-IGBT、MCT等，如今正蓬勃发展的第四代产品-功率集成电路(PIC)。每一代的电力电子元件也未停顿，多年来其结构、工艺不断改进，性能有了飞速提高,在不同应用领域它们在互相竞争，新的应用不断出现。同时电机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了天翻地覆的变化。

3注意什么问题

二、总体设计方案

1.MATLAB仿真软件介绍

本设计所采用的仿真软件是MATLAB。

转速电流双闭环pwm—m可逆直流脉宽调速系统实验报告

转速电流双闭环pwm—m可逆直流脉宽调速系统实验报告

转速电流双闭环pwm—m可逆直流脉宽调速系统实验报告

转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验报告

一、引言

直流调速系统是现代工业中常用的电机调速方式之一，在实际应用中具有广泛的使用。其中，转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统是其中一种典型的调速控制方式。本实验旨在通过搭建转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统，研究其调速性能以及运行特点。

二、实验目的

1. 理解转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统的原理和结构；

2. 掌握控制脉宽调制技术在直流电机调速系统中的应用；

3. 通过实验验证该调速系统的性能和运行特点。

三、实验原理

转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统是将转速和电流两个回路分别采用闭环控制的直流调速系统。其中，转速回路通过传感器对电机转速进行采集，与期望转速进行比较后，经过PID控制器得到转速控制信号，再经过比较器进行与PWM脉宽控制信号进行比较产生控制脉宽；电流回路通过采集直流电机的电流信号，经过PID控制器得到电流控制信号，再与PWM控制脉宽信号进行比较生成最终的输出脉宽。

四、实验步骤

1. 搭建转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验装置；

2. 设置期望转速和电流参考值；

3. 分别采集电机转速和电流信号；

4. 利用PID控制器对转速和电流进行闭环控制；

5. 通过比较器生成脉宽控制信号，控制电机转矩；

6. 记录实验数据并进行分析。

五、实验结果与分析

通过实验，我们可以得到实验数据并进行分析。其中，我们可以通过比较实际转速与期望转速的差距，来评价转速闭环控制的性能。同时，通过比较实际电流值与期望电流值之间的差距，来评价电流闭环控制的性能。根据实验数据，我们可以得到转速与电流控制的准确性、稳定性以及响应速度等指标，评估整个调速系统的性能。

六、结论

通过实验，我们成功搭建了转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验装置，并完成了相关实验。根据实验结果分析，我们可以评估该调速系统的性能和运行特点。实验表明，该调速系统具有良好的转速闭环控制性能和电流闭环控制性能，能够实现精确的转速和电流调节，具有较好的准确性、稳定性和响应速度。