运动控制系统课程设计双闭环直流电机调速系统设计.docx

《运动控制系统课程设计双闭环直流电机调速系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运动控制系统课程设计双闭环直流电机调速系统设计.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、运动控制系统课程设计双闭环直流电机调速系统设计 运动控制系统课程设计 专业：自动化 设计题目：双闭环直流电机调速系统设计 班级：自动化0942学生姓名：周孝红学号： 08指导教师：雷霞 分院院长：许建平 教研室主任：叶天迟 电气工程学院 一、课程设计任务书 1.设计参数 三相桥式整流电路，已知参数为： P N =555K W ,U N =750V,I N =760A,n N =375r/min,电动势系数Ce=1.82V.min/r, 电枢回路总电阻R=0.14，允许电流过载倍数=1.5，触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时间常数Tl=0.031s,机电时间常数Tm=0.112s 电流反馈

2、时间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.02s 。且调节器输入输出电压U*nm=U*in=U*cm=10V,调节器输入电阻R 0=40K 。 2.设计内容 1）根据题目的技术要求，分析论证并确定闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。 2） 建立双闭环调速系统动态数学模型。 3）动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR 调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。 4） 利用MATLAB 进行双闭环调速系统仿真分析，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。 3.设计要求： 1）该调速系统能进行平滑

3、地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速范围（10D ），系统在工作范围内能稳定工作。 2）系统静特性良好，无静差（静差率2S ）。 3）动态性能指标：转速超调量n 10%，电流超调量5%i ，动态最大转速降810%n ?，调速系统的过渡过程时间（调节时间）1s t s 。 4)系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。 5)主电路采用三项全控桥。 4. 课程设计报告要求 1）、要求在课程设计答辩时提交课程设计报告。 2）、报告应包括以下内容： A、系统各环节选型 双闭环直流调速系统的工作原理 调节器的工程设计 Simulink仿真 B、系统调试过程介绍，在调试过程中出现的问题，解

4、决办法等； C、课程设计总结。包括本次课程设计过程中的收获、体会，以及对该课程设计的意见、建议等； D、设计中参考文献列表； E、报告使用B5纸打印，全文不少于2000字。 5. 参考资料 1 朱仁初，万伯任.电力拖动控制系统设计手册M.北京：机械工业出版社，1994. 2 王兆安，黄俊.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2022. 3 陈伯时. 电力拖动自动控制系统-运动控制系统M,第三版. 北京:机械工业出版社, 2022年6月 4 孔凡才晶闸管直流调速系统M北京:北京科技出版社，1985 5 段文泽，童明倜.电气传动控制系统及其工程设计M.四川：重庆大学出版社,1989.10. 6

5、运动控制系统课程设计指导书. 6. 设计进度（2022年12月3日至12月14日） 时间设计内容 12月3日布置设计任务、查阅资料 12月4日-12月7日方案论证及总体设计 12月10日-12月13日系统调试及整理课程设计报告 12月14日课程设计答辩 7. 课程设计时间及地点 2022年12月3日2022年12月14日 上午8：0011：00；下午13：0016：00 设计地点：新实验楼，运动控制实验室（310） 二、评语及成绩 运动控制系统课程设计报告 班级：自动化0942 姓名：周孝红 学号： 08号 指导教师：雷霞 撰写日期： 2022-12-11 目录 绪论 (1) 第一章课程设计内

6、容与要求分析 (2) 1.1 课程设计题目 (2) 1.2 课程设计内容与要求分析 (2) 1.2.1 课程设计内容 (2) 1.3 课程设计要求分析 (2) 第二章双闭环直流调速系统的工作原理 (4) 2.1 双闭环直流调速系统的介绍 (4) 2.2 双闭环直流调速系统的组成 (5) 2.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 (6) 2.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (8) 2.4.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 (8) 2.4.2 起动过程分析 (9) 第三章调节器的工程设计 (12) 3.1 调节器的设计原则 (12) 3.2 型系统与型系统的性能比较 (12) 3.3

7、电流调节器的设计 (13) 3.3.1 结构框图的化简和结构的选择 (13) 3.3.2 时间常数的计算 (15) 3.3.3 选择电流调节器的结构 (15) 3.3.4 计算电流调节器的参数 (16) 3.3.5 校验近似条件 (16) 3.3.6 计算调节器的电阻和电容 (17) 3.4 转速调节器的设计 (18) 3.4.1 转速环结构框图的化简 (18) 3.4.2 确定时间常数 (19) 3.4.3 选择转速调节器结构 (19) 3.4.4 计算转速调节器参数 (20) 3.4.5 检验近似条件 (20) 3.4.6 计算调节器电阻和电容 (21) 第四章Simulink仿真 (23

8、) 4.1 电流环的仿真设计 (23) 4.2 转速环的仿真设计 (23) 4.3 双闭环直流调速系统的仿真设计 (25) 课程设计总结 (26) 参考文献 (27) 绪论 许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能

9、有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到

10、达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。 随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，包括主电路和控制回路。主电路由晶闸管构成，控制回路主要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速检测和电流检测等部分。 第一章课程设计内容与要求分析 1.1

11、 课程设计题目 双闭环直流电机调速系统设计 1.2 课程设计内容与要求分析 1.2.1 课程设计内容 1.设计参数 三相桥式整流电路，已知参数为： 电动机的各项参数:PN=555KW,UN=750V,IN=760A,nN=375r/min, 电动势系数Ce=1.82V.min/r,电枢回路总电阻R=0.14，允许电流过载倍数=1.5，触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时间常数Tl=0.031s,机电时间常数Tm=0.112s电流反馈时间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.02s。且调节器输入输出电压U*nm=U*in=U*cm=10V,调节器输入电阻R0=40K。 2

12、.设计内容 1）根据题目的技术要求，分析论证并确定闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。 2）建立双闭环调速系统动态数学模型。 3）动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。 4）利用MATLAB进行双闭环调速系统仿真分析，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。 1.3 课程设计要求分析 1）该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较 宽地转速调速范围（10D ），系统在工作范围内能稳定工作。 2）系统静特性良好，无静差（静差率2S ）。 3）动态性能指标：

13、转速超调量n 10%，电流超调量5%i ，动态最大转速降810%n ?，调速系统的过渡过程时间（调节时间）1s t s 。 4)系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。 5)主电路采用三项全控桥。 第二章 双闭环直流调速系统的工作原理 2.1 双闭环直流调速系统的介绍 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。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动

14、态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。 在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流dcr I 值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-（a ）所示。当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。 (a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想快速起动过程 图2.1 调速系统起动过程的电流和转速波形 在实际工作中，我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩） t I d t I d I dcr (a) (b)