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单闭环直流调速系统课程设计

单闭环直流调速系统课程设计
单闭环直流调速系统课程设计

单闭环直流调速系统课程设计

一绪论

转速单闭环调速系统的简要介绍及设计意义

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。为了提高直流调速系统的动静态性能指标,通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合,采用单闭环系统,而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈,电流反馈,电压反馈等。在单闭环系统中,转速单闭环使用较多。在对调速性能有较高要求的领域常利用直流电动机作动力,但直流电动机开环系统稳态性能不能满足要求,可利用速度负反馈提高稳态精度,而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的,为了消除系统的静差,可用积分调节器代替比例调节器.

反馈控制系统的规律是要想维持系统中的某个物理量基本不变,就引用该量的负反馈信号去与恒值给定相比较,构成闭环系统。对调速系统来说,若想提高静态指标,就得提高静特性硬度,也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要想维持转速这一物理量不变,最直接和有效的方发就是采用转速负反馈构成转速闭环调节系统

闭环转速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性,从而在保证一定静差率的要求下,能够提高调速范围,为此所需付出的代

价是,须增设电压放大器以及检测与反馈装置。

二单闭环调速系统的相关数据及图示

2.1 数据选择

2.1.1电动机型号Z4-225-11:

额定电压400V 额定转速 900r/min 额定电流193A 电枢回路电阻0.1406Ω电枢回路电感4.9mH

2.1.2测速电机

选择型号: 321

ZCF

r额定电流0.4A 额定电压: 100v额定转速: 1500

min

3)晶闸管整流触发装置:三相半波整流电路,整流变压器采用?连接。

Y

-

4)直流稳压电源V

±。

15

2.2 单闭环直流调速系统的相关图示

图1 带转速负反馈的单闭环直流调速系统原理框图

图2 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统稳态结构框图

三、反馈控制闭环直流调速系统的设计过程与参数计算

3.1系统静特性参数

3.1.1

虽然采用PI 调节,但实际上不可能完全无静差,其稳态速降不为零,

但应该很小,即()

s D s

n n N cl -=

?1很小。

3.1.2

电动机的电动式系数n

a

N n e n R I U C -=

,代入数据算得: 0.414min/e C v r =?,

开环额定速降e

N op C R

I n =?,则闭环系统的开环放大系数为:1-??=

K cl

op n n 。

3.2 各部件相关参数选择

3.2.1 电源:采用正反电源供电,即一端输出15V ,另一端输出-15V ,中间

处为零伏、接地。

3.2.2 电位器RP1:选择-15V~+15V 输出,中间接地,即V U n 15

*

max =。 3.2.3

比例积分(PI )调节器:

图3 比例积分(PI )调节器线路图

其中运算放大器选用Y A 741μ、管脚接线如下图4 所示:

图4 运算放大器 运算放大器的放大系数e

s p C K K

K /α=

3.2.4 限幅装置:为保证输出地线性关系,采用齐纳二极管反向击穿限幅,同时为保证能反向限幅,用两个齐纳二极管串联。限幅值为V 12±,即V U c 12max ±=。 限幅电路图如下图5:

图5

3.2.5 UPE 环节的原理图设计,该环节的时间常数和放大系数的计算 UPE 环节的动态结构图如下图6:

图6

整流电路:采用三相半波整流,为实现逆变,用两套三相半波,反向连接。采用2/πβα==配合控制的有环流可逆系统,此时需要串接电抗器,限制环流值在额定直流输出电流的3%~10%。当导通角α≤ 30°时,电流连续 则αcos 17.12d U U =,由于N U U ≤d 即小于电动机额

N

U U ≤αc

o s 17.12则

α

cos 17.12N U U ≤及

V U U N 88.34117.1max 2==,取v U 3602=,则v U U 2.42117.12dmax ==。则电

力电子放大器的电压放大系数S max max K =421.23512d c U U V V ==。

N I I %10dmin =,电抗器2min 1.4627.2m d L U I H ==。

三相半波失控时间ms 33.3T s =。 电枢回路电磁时间常数27.20.1930.1406l L mH T s R ==≈Ω

UPE 环节的传递函数近似成一阶惯性环节,即:

s s T K W s s s s 3)(1033.3135

1-?+=

+=

在三相半波整流电路中,如果负载电动机按电感性负载处理,晶闸管承受的最大正向和反向电压均为变压器二次侧线电压的峰值,即

v U U U RM 88245.23222==?=;如果按电阻性负载处理,则其最高正

压是二次侧相电压的峰值,即:v U U FM 50922==。晶闸管的额定电压选用时,额定电压为正常峰值电压的2~3倍,作为允许的操作过电压欲量。晶闸管的额定电压取: (23)N Fm U U =-,因此可取n =1500U V 此处按电感性负载处理。由于加了平波电抗器,认为电感足够大,则变压器二次侧的相电流,亦即晶闸管的电流有效值为:

20.5770.577193107.5T d I I I A A ===?=,因而,通太平均电流

()68.51.57

T

T AV I I A

=

=。选择晶闸管参数如下:电压U=1500v ,电流I=80A 。

3.3电流截止负反馈

电流截止负反馈环节如图7所示:

图7

当com U ≤dRs I 时二极管截止,com U >dRs I 时二极管导通;电流

负反馈信号i U 即可加到放大器上去,因此, 截止电流s com U =

dcr I ,

堵转电流()

s n com U U *

dbl I +=

联立上式 N s com I R U )2.11.1(I dcr -≥=

N S n com I U U )

25.1()(I *

dbl -=+= *dbl

22193386A n com N s

U U I I A R +===?=

又截止电流 dcr I 1.2* 1.2193231.6com

N s

U I A A R =

==?= 由上面两个公式联立可得:

+

-

比较电压com U =22.5V

串入电枢回路中的小阻值电阻s R =0.097Ω 3.4反馈系数

稳态时,输入偏差为0,即:max *

15n V U U n N

α===,

则反馈系数为:

*

max 15/900min/0.017min/n U n V r V r α===

由于Cetg 2αα=,其中2α为电位器分压系数、Cetg 测速发电机电动势

系数,且有 r V r V Cetg min/·15/1min ·1500

100== 代入上式数值得2

0.25Cetg αα==

取测速发电机输出最高电压时 其中电流约为额定值的1,则

R P 2R 0.2750n N t g C e t g n I ≈=Ω

此时的RP2R 的消耗功率为RP2W *0.2 4.8N Ntg Cetgn I W == 为了留有裕量查表取RP2R 功率为:10w 电阻为:1000Ω

3.5 静特性结构框图

C 0.414min/e V r =,

e

1

2.42C = 综上所述可得静特性结构框图如图8:

图8

3.6反馈控制闭环直流调速系统的动态框图与设计

构成系统的主要环节是电力电子变换器和直流电动机。不同电力电子变换器的传递函数,它们的表达式是相同的,都是

只是在不同场合下,参数K s 和T s 的数值不同而已。 直流电动机的传递函数:

假定主电路电流连续,则动态电压方程为:E t

I L

RI U ++=d d d

d d0, 如果,忽略粘性磨擦及弹性转矩,电机轴上的动力学方程为:

t

n

GD T T d d 3752L e =-

额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为: d m e I C T =,n C E e =

L T — 包括电机空载转矩在内的负载转矩,N-m ;

2GD — 电力拖动系统折算到电机轴上的飞轮惯量,N-m2; e m π

30

C C =

—电机额定励磁下的转矩系数,N-m/A ; R

L

T l =

—电枢回路电磁时间常数,s ; m

e 2m 375C C R

GD T =

— 电力拖动系统机电时间常数,s 整理以上各式得:

)d d (d

d 0d t

I T I R E U l

+=-

t

E

R T I I d d m dL d =

-

式中m

L

dl C T I =

为负载电流。 在零初始条件下,取等式两侧的拉氏变换,得电压与电流间的传递函数为:

1

1

)()()

(0d d +=-s T R s E s U s I l 1

)(s s s +≈

s T K s W

电流与电动势间的传递函数为:

s

T R

s I s I s E m dL d )()()(=

- 整个直流电动机的动态的结构图9所示:

图9

直流闭环调速系统中的其他环节还有比例放大器和测速反馈环节,它们的响应都可以认为是瞬时的,因此它们的传递函数就是它们的放大系数,即:

放大器: p n c a )

()()(K s U s U s W =?=

,测速反馈: α==)()

()(n

fn s n s U s W , 知道了各环节的传递函数后,把它们按在系统中的相互关系组合起来,就可

以画出闭环直流调速系统的动态结构图,如下图所示。由图可见,将电力电子变换器按一阶惯性环节处理后,带比例放大器的闭环直流调速系统可以看作是一个三阶线性系统。

反馈控制闭环调速系统的动态结构图10所示:

图10

由图可见,反馈控制闭环直流调速系统的开环传递函数是:

)

1)(1()(m 2

m s +++=

s T s T T s T K

s W l

式中 K = K p K s α / C e ,

设0=dl I ,从给定输入作用上看,闭环直流调速系统的闭环传递函数是:

111)(1)

1()1)(1(/)

1)(1(/1)

1)(1(/)(s

m 2s m 3s m e s

p m 2m s e s p m 2m s e s p m 2m s e

s p c +++++++++=

++++=

++++

+++=s K

T T s K T T T s K T T T K C K K K

s T s T T s T C K K s T s T T s T C K K s T s T T s T C K K s W l l l l l l α

由上式可知,反馈控制闭环直流调速系统的特征方程为: 0111)(1s m 2s m 3s m =++++++++s K T

T s K T T T s K T T T l l 其稳定条件为:

s 2

s s m )(T T T T T T K l l ++<

,称作系统的临界放大系数 K cr,当 K ≥ K cr 时,系统将不稳定。

● 动态结构框图

由上述设计中的计算结果可得0.193l T s =, 3.33s T ms =

可得动态结构框图如图11所示:

图11

※注:框中数据有以上计算得知

3.7静特性曲线的绘制

电流负反馈被截止时相当于下图12中的CA段,它就是闭环调速系统的静特性,显然是比较硬的,电流负反馈起作用后,相当于图12中的AB段,图13为无静差的静特性曲线。

图12 图13

四、参考文献

[1] 陈伯时主编电力拖动自动控制系统机械工业出版社

[2] 王兆安黄俊主编电力电子技术机械工业出版社

[3]康华光. 电子技术基础高等出版社

转速单闭环直流调速系统设计

郑州航空工业管理学院 电力拖动自动控制系统课程设计 07 级电气工程及其自动化专业 0706073 班级 题目转速单闭环的直流拖动系统 姓名 学号 指导教师孙标 二ОО十年月日

电力拖动自动控制系统课程设计 一、设计目的 加深对电力拖动自动控制系统理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力,提高对实际问题的分析和解决能力,以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计的能力。 二、设计任务 设计一个转速单闭环的直流拖动系统

题目:单闭环不可逆直流调速系统设计 1 技术指标 电动机参数:PN=3KW, n N=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路总电阻R=2.5,电磁时间常数Tl=0.017s,机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路,Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标:D=30,S=10%。 2 设计要求 (1)闭环系统稳定 (2)在给定和扰动信号作用下,稳态误差为零。 3 设计任务(1)绘制原系统的动态结构图; (2)调节器设计; (3)绘制校正后系统的动态结构图; (4)撰写、打印设计说明书。 4 设计说明书 设计说明书严格按**大学毕业设计格式书写,全部打印.另外,设计说明书应包括以下内容: (1)中文摘要 (2)英文摘要

目录 第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ············································································错误!未定义书签。第三章课程设计的目的和意义·············································································· - 1 -1.电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义·················································································· - 2 -第四章课程设计内容·························································································· - 2 -第五章方案确定 ································································································ - 3 - 5.1方案比较的论证 ······················································································ - 3 - 5.1.1总体方案的论证比较········································································ - 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较····································································· - 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较·································································· - 6 -第六章主电路设计····························································································· - 7 - 6.1主电路工作设备选择 ················································································ - 7 -第七章控制电路设计·························································································· - 8 -第八章结论 ·····································································································- 11 -第九章参考文献 ·······························································································- 11 -

计算机控制技术课程设计报告

《计算机控制技术》课程设计单闭环直流电机调速系统

1 设计目的 计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程,具有很强的实践性,通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解,掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路,以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通,提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能,培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。 2 设计任务 2.1 设计题目 单闭环直流电机调速系统 实现一个单闭环直流电机调压调速控制,用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制,速度调节要求既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节,需要有速度显示电路。扩展要求能够利用串口通信方式在PC上设置和显示速度曲线并且进行数据保存和查看。 2.2 设计要求 2.2.1 基本设计要求 (1)根据系统控制要求设计控制整体方案;包括微处理芯片选用,系统构成框图,确定参数测围等; (2)选用参数检测元件及变送器;系统硬件电路设计,包括输入接口电路、逻辑电路、操作键盘、输出电路、显示电路; (3)建立数学模型,确定控制算法; (4)设计功率驱动电路; (5)制作电路板,搭建系统,调试。 2.2.2 扩展设计要求 (1)在已能正常运行的微计算机控制系统的基础上,通过串口与PC连接; (2)编写人机界面控制和显示程序;编写微机通信程序;实现人机实时交互。

3方案比较 方案一:采用继电器对电动机的开或关进行控制。这个方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 方案二:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压,从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小,但电流很大;分压不仅会降低效率,而且实现很困难。 方案三:采用由电力电子器件组成的H 型PWM 电路。用单片机控制电力电子器件使之工作在占空比可调的开关状态,精确调整电动机转速。这种电路由于工作在电力电子器件的饱和截止模式下,效率非常高;H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制;电子开关的速度很快,稳定性也极佳,是一种广泛采用的PWM 调速技术。 兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调整围广、过载能力大,因此本设计采用方案三。 4单闭环直流电机调速系统设计 4.1单闭环调速原理 4.1.1 闭环系统框图 4.1.2 调速原理 直流电机转速有: 常数Ke Ka 不变,Ra 比较小。 所以调节Ua 就能调节n 。 n n I K R K U K R I U n d d a e e d ?-=Φ -Φ=-=0φa a a U I U ≈-

直流电机双闭环调速系统设计.

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1) 2 直流电机双闭环调速系统 (3) 2.1直流电动机的起动与调速 (3) 2.2直流调速系统的性能指标 (3) 2.2.1静态性能指标 (3) 2.2.2动态的性能指标 (4) 2.3双闭环直流调速系统的组成 (6) 3 双闭环直流调速系统的设计 (8) 3.1电流调节器的设计 (8) 3.2转速调节器的设计 (10) 3.3闭环动态结构框图设计 (12) 3.4设计实例 (12) 3.4.1设计电流调节器 (13) 3.4.2设计转速调节器 (15) 4.Matlab仿真 (17) 4.1仿真结果分析 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论 1.1课题研究背景 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,电机自动控制系统广泛应用于机械,钢铁,矿山,冶金,化工,石油,纺织,军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机,提高其运行性能,对国民经济具有十分重要的现实意义。 以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术,在实际的拖动控制系统中,由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变,而是在某些具体场合会随工况发生改变;与此同时,电机作为被控对象是非线性的,很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性,使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼,不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标,常常使控制系统的鲁棒性较差,尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统,常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标,往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 双闭环直流调速系统是性能很好,应用最广的直流调速系统。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律,性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 20世纪90年代前的大约50年的时间里,直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机,直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交,为控制提供了便捷的方式,使得电动机具有优良的起动,制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战,但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性,优异的控制性能,高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠,精度最高的调速方法。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解,使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容,在对其各种性能加深了解的同时,能够发现其缺陷之处,通过对该系统不足之处的完善,可提高该系统的性能,使其能够适用于各种工作场合,提高其使用效率。并以此为基础,再对交流调速系统进行研究,最终掌握各种交、直流调速系统的原理,使之能够应用于国民经济各个

单闭环直流调速系统

第十七单元 晶闸管直流调速系统 第二节 单闭环直流调速系统 一、转速负反馈直流调速系统 转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。 转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、测速发电机TG 等组成。 直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。 转速给定电压Ugn 与Ufn 比较,其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。 ASR 输出电压作为触发器移相控制电压Uc ,从而控制晶闸管变流器输出电压Ud 。 本闭环调速系统只有一个转速反馈环,故称为单闭环调速系统。 1.转速负反馈调速系统工作原理及其静特性 设系统在负载T L 时,电动机以给定转速n1稳定运行,此时电枢电流为Id1,对应转速反馈电压为Ufn1,晶闸管变流器输出电压为Udl 。 n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ?+=+-=+-=0)(φ φφ 当电动机负载T L 增加时,电枢电流Id 也增加,电枢回路压降增加,电动机转速下降,则Ufn 也相应下降, 而转速给定电压Ugn 不变,ΔU=Ugn-Ufn 增加。 转速调节器ASR 输出电压Uc 增加,使控制角α减小,晶闸管整流装置输出电压Ud 增加,于是电动机转速便相应自动回升,其调节过程可简述为: T L ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U ↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。 图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。

图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。 假设当负载电流为Id1时,电动机运行在曲线①机械特性的A点上。 当负载电流增加为Id2时,在开环系统中由于Ugn不变,晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变,但由于电枢电流Id增加,电枢回路压降增加,电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点,转速只能相应下降。 但在闭环系统中有转速反馈装置,转速稍有降落,转速反馈电压Ufn就相应减小,使偏差电压△U增加,通过转速调节器ASR自动调节,提高晶闸管变流器的输出电压Ud0由Ud01变为Ud02,使系统工作在随线②机械特性上,使电动机转速有所回升,最后稳定在曲线②机械特性的B点上。 同理随着负载电流增加为Id3,Id4,经过转速负反馈闭环系统自动调节作用,相应工作在曲线③④机械特性上,稳定在曲线③④机械特性的C,D点上。 将A,B,C,D点连接起来的ABCD直线就是闭环系统的静特性。 由图可见,静特性的硬度比开环机械特性硬,转速降Δn要小。闭环系统静特性和开环机械特性虽然都表示电动机的转速-电流(或转矩)关系,但两者是不同的,闭环静特性是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)的静态关系,它只是闭环系统调节作用的结果,是在每条机械特性上取一个相应的工作点,只能表示静态关系,不能反映动态过程。 当负载突然增加时,如图所示由Idl突增到Id2时,转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降,然后随着Ud01升高为Ud02,转速n再回升到B点稳定运行,整个动态过程不是沿着静特性AB直线变化的。 2.转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析 对调速系统来说,转速给定电压不变时,除了上面分析负载变化所引起的电动机转速变化外,还有其他许多扰动会引起电动机转速的变化,例如交流电源电压的变化、电动机励磁电流的变化等,所有这些扰动和负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说,可以被转速检测装置检测出来,再通过闭环反馈控制减小它们对转速的影响。也就是说在闭环系统中,对包围在系统前向通道中的各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流的变化等)对被调量(如转速)的影响都有强烈的抑制作用。但是对于转速负反馈调速系统来说,转速给定电压Ugn的波动和测速发电机的励磁变化引起的转速反馈电压Ufn变化,闭环系统对这种给定量和检测装置的扰动将无能为力。为了使系统有较高的调速精度,必须提高转速给定电源和转速检测装置的精度。

课程设计单闭环直流电机控制系统

运动控制课程设计题目:单闭环直流电机控制系统 院系:工学院 专业:电气工程及其自动化 班级:电气工程1402 姓名:汤安琪 学号:201402012011 指导教师:王玮 二〇一七年二月

运动控制系统课程设计任务书 一、基本情况 学时:1周学分:1学分适应班级:电气工程1402 二、进度安排 本设计共安排1周,合计30学时,具体分配如下: 实习动员及准备工作: 2学时 总体方案设计: 4学时 硬件设计: 12学时 撰写设计报告: 8 学时 答辩: 4学时 教师辅导:随时 三、基本要求 1、课程设计的基本要求 运动控制系统课程设计的主要内容包括:理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括总体方案选择,硬件系统设计、硬件设计包括单元电路,选择元器件及计算参数等;课程设计的最后要求是写出设计总结报告,把设计内容进行全面的总结,若有实践条件,把实践内容上升到理论高度。 2、课程设计的教学要求 运动控制系统课程设计课程设计的教学采用相对集中的方式进行,以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化,严格考勤制度,在实训期间累计旷课达到2节以上,或者迟到、早

退累计达到4次以上的学生,该课程考核按不及格处理。在实训期 间需要外出查找资料,必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散,每5-6名学生组成一个小组,完成一个 课题的设计。小组成员既有分工、又要协作,同一小组的成员之间 可以相互探讨、协商,可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。 但每个学生必须单独完成设计任务,要有完整的设计资料,独立撰 写设计报告,设计报告雷同率超过60%的课程设计考核按不及格处 理。 四、设计题目及控制要求 题目:单闭环直流电机控制系统 设计参数: (1)直流电机:12V 20W、U P N N ==、 1.5A I N =、 300r/min n N =、电枢电阻 4.5ΩR a =、电枢电感22a 15.68N.cm 6.76mH、GD L ==、30ms T m = (2)双闭环直流调速系统:N dm im *n 1.5I 5V、I 5V、U U ===、 5%σi ≤ 设计要求: (1)、根据题目的技术要求,分析并确定主电路的结构形式和闭 环调速系统的组成,画出系统组成的原理框图。 (2)、调速系统主电路元部件的确定及其参数的计算(包括电力 电子器件、平波电抗器与保护电路等) (3)、动态设计计算:根据技术要求,对系统进行动态校正,确 定调节器的结构形式及进行参数计算,使调节系统工作稳定,并满

课程设计——单闭环不可逆直流调速系统设计

单闭环不可逆直流调速系统设计 目录 第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ··········································································错误!未定义书签。第三章课程设计的目的和意义·············································································· - 1 -1.电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义·················································································· - 2 -第四章课程设计内容·························································································· - 2 -第五章方案确定 ································································································ - 3 - 5.1方案比较的论证 ······················································································ - 3 - 5.1.1总体方案的论证比较········································································ - 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较····································································· - 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较·································································· - 6 -第六章主电路设计····························································································· - 7 - 6.1主电路工作设备选择 ················································································ - 7 -第七章控制电路设计·························································································· - 8 -第八章结论 ·····································································································- 11 -第九章参考文献 ·······························································································- 11 -

转速单闭环调速系统设计

目录 第1章概述 (1) 1.1 转速单闭环调速系统设计意义 (1) 1.2 转速单闭环调速系统的设计要求 (1) 第2章原系统的动态结构图及稳定性的分析 (2) 2.1 原系统的工作原理 (2) 2.2 原系统的动态结构图 (3) 2.3 闭环系统的开环放大系数的判断 (3) 2.4 相角稳定裕度γ的判断 (4) 第3章调节器的设计及仿真 (5) 3.1 调节器的选择 (5) 3.2 PI调节器的设计 (5) 3.3 校正后系统的动态结构图 (8) 3.4 系统的仿真结构图及测试结果 (8) 第4章课程设计总结 (9) 参考文献 (1)

转速单闭环调速系统设计 1、概述 1.1 转速单闭环调速系统设计意义 为了提高直流调速系统的动静态性能指标,通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合,采用单闭环系统,而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈,电流反馈,电压反馈等。在单闭环系统中,转速单闭环使用较多。在对调速性能有较高要求的领域常利用直流电动机作动力,但直流电动机开环系统稳态性能不能满足要求,可利用速度负反馈提高稳态精度,而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的,为了消除系统的静差,可用积分调节器代替比例调节器. 反馈控制系统的规律是要想维持系统中的某个物理量基本不变,就引用该量的负 反馈信号去与恒值给定相比较,构成闭环系统。对调速系统来说,若想提高静态指标, 就得提高静特性硬度,也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要 想维持转速这一物理量不变,最直接和有效的方发就是采用转速负反馈构成转速闭环 调节系统。 1.2 转速单闭环调速系统的设计要求

#直流电机调速系统分析与设计

第一部分并励直流电动机的工作原理 并励直流电机的励磁绕组和电枢绕组相并联,作为并励发电机来说,是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电;作为并励电动机来说,励磁绕组和电枢共用同一电源,从性能上讲和他励直流电动机相同。 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩,这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩,转矩的方向是逆时针方向,企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩(例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩),电枢就能按逆时针方向旋转起来。 当电枢转了180°后,导体 cd转到 N极下,导体ab转到S极下时,由于直流电源供给的电流方向不变,仍从电刷 A流入,经导体cd 、ab 后,从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左,导体ab 受力方向是从左向右,产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。 因此,电枢一经转动,由于换向器配合电刷对电流的换向作用,直流电流交替地由导体 ab和cd 流入,使线圈边只要处于N 极下,其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向,而在S 极下时,总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向,从而形成一种方向不变的转矩,使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。 转速电流双闭环原理 转速、电流双闭环直流调速系统的组成,把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。 从闭环结构上看,电流环在里面,称作内环;转速环在外边,称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 限幅的作用: 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im --电流给定电压的最大值,即限制了最大电流; τ电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm --Uc的最大值,即限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 第二部分 PID算法的基本原理 PID调节器各校正环节的作用 1、比例环节:即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,调节 器立即产生控制作用以减小偏差。 2、积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分 时间常数TI,TI越大,积分作用越弱,反之则越强。 3、微分环节:能反应偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号的值变得太 大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减 小调节时间。 下面对控制点所采用的PID控制算法进行说明。

单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告

比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真 一、实验目的 1.熟练使用MATLAB 下的SIMULINK 仿真软件。 2.通过改变比例系数K P 以及积分时间常数τ的值来研究K P 和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。 二、实验内容 1.调节器的工程设计 2.仿真模型建立 3.系统仿真分析 三、实验要求 建立仿真模型,对参数进行调整,从示波器观察仿真曲线,对比分析参数变化对系统稳定性,快速性等的影响。 四、实验原理 图4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图 调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标,如果既要提高调速范围,又要降低静差率,唯一的方法采用反馈控制技术,构成转速闭环的控制系统。转速闭环控制可以减小转速降落,降低静差率,扩大调速范围。在直流调速系统中,将转速作为反馈量引进系统,与给定量进行比较,用比较后的偏差值进行系统控制,可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。 当t=0时突加输入U in 时,由于比例部分的作用,输出量立即响应,突跳到U ex (t )=K P U in ,实现了快速响应;随后U ex (t )按积分规律增长,U ex (t )=K P U in +(t/τ)U in 。在t =t 1时,输入突降为0,U in =0,U ex (t )=(t 1/τ)U in ,使电力电子变换器的稳态输出电压足以克服负载电流压降,实现稳态转速无静差。 五、实验各环节的参数及K P 和1/τ的参数的确定 5.1各环节的参数: 直流电动机:额定电压U N =220V ,额定电流I dN =55A,额定转速n N =1000r/min,电动机电动势系数C e =0.192V ? min/r 。 假定晶闸管整流装置输出电流可逆,装置的放大系数K s =44,滞后时间常数T s =0.00167s 。

三相异步电机闭环调速设计

《控制系统设计》课程设计报告 学院:信息工程学院 姓名: 班级:11自动化 学号: 题目:三相异步电动机闭环调速系统设计与实践指导老师: 完成时间:2014年6月20日

目录 摘要............................................................... I 1概述.. (1) 1.1三相异步电动机的调速方法 (2) 1.2调压调速的简介 (3) 1.3课程设计的要求 (5) 2三相异步电动机调压调速系统的组成 (5) 3三相异步电动机调压调速系统的设计和实现 (8) 3.1三相异步电动机调压调速系统的电路 (8) 3.2闭环调速结构图 (10) 3.3 系统各部分参数的计算 (10) 4三相异步电动机调压调速系统的仿真 (13) 4.1MATLAB仿真的介绍 (13) 4.2电路的建模和参数设置........................ 错误!未定义书签。 4.3异步电机调压调速系统仿真模型................ 错误!未定义书签。 4.4仿真效果图 (17) 总结 (22) 参考文献 (23)

摘要 异步电动机具有结构简单、制造容易、维修工作量小等优点,早期多用于不可拖动。随着电力电子技术的发展,静止式变频器的诞生,异步电动机在可拖动中逐渐得到广泛的应用。实现电机调速有不少方法。研究电机调速,找出符合实际的调速方法能最大限度的节约能源,所以研究调压调速就显得很有必要。异步电机调压调速控制系统是一种比较简单实用的调速系统,该系统具有良好的运行、控制及经济性能,显示出巨大的发展潜力。 本课程设计介绍了异步电动机调压调速系统的几大组成部分,并着重讲述了三相异步电动机(M)、测速发电机(TG)、晶闸管交流调压器(TVC)的简单的工作原理。在了解异步电动机调压调速的基本原理的基础上,设计了异步电动机单闭环调压调速系统的结构原理图。还将调压调速与其他的调速方法相比,所具有的优点以及不足之处。 以转速单闭环调压调速系统为例,电机调速开环控制系统调速范围较小,采用速度作为负反馈的闭环控制系统解决了这个问题,使调速性能得到改善。 最后,经过理论分析建立模型后,基于Matlab语言开发仿真软件,并进行仿真实验,并且对仿真结果进行了一定的分析及改进。 关键词: 调压调速MATLAB三相异步电动机转速调节器

微机原理课程设计—直流电机闭环调速控制系统

实验课题:直流电机调速控制 实验内容: 本实验完成的是一个实现对直流电机转速调节的应用。 编写实验程序,用ADC0809完成模拟信号到数字信号的转换。输入模拟信号有A/D转换单元可调电位器提供的0~5V,将其转换后的数字信号读入累加器,做为控制电机的给定转速。用8255的B口作为直流电机的控制信号输出口,通过对电机转速反馈量的运算,调节控制信号,达到控制电机匀速转动的的作用。并将累加器中给定的转速和当前测量转速显示在屏幕上。再通过LED灯显示出转速的大小变化。 实验目的: (1)学习掌握模/数信号转换的基本原理。 (2)掌握的ADC0809、8255芯片的使用方法。 (3)学习PC系统中扩展简单I/O接口的方法。 (4)了解实现直流电机转速调节的基本方法。 实验要求: 利用微机接口实验系统的硬件资源,运用汇编语言设计实现直流电机的调速控制功能。 基本功能要求:1、利用A/D转换方式实现模拟量给定信号的采样;2、实现PWM方式直流电机速度调节;3、LED灯显示当前直流电机速度状态。 实验设备: (1)硬件要求: PC微机一台、TD-PIT实验系统一套 (2)软件要求:唐都编程软件,tdpit编程软件,“轻松编程”软件 实验原理: 各芯片的功能简介: (1)8255的基本输出接口电路: 并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息,CPU 和接口之间的数据传递总是并行的,即可以同时进行传递8位,16位,32位等。8255可编程外围接口芯片是具有A、B、C三个并行接口,+5V单电源供电,能在以下三种方式下工作:方式0—基本输入/出方式、方式1—选通输入/出方式、方式2—双向选通工作方式。

单双闭环课程设计

1.设计目的及意义 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 本设计从直流电动机的工作原理入手,并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理,对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算。 转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好,应用最广的直流调速系统, 采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律,性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。应掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本组成及其静特性;从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用;应用工程设计方法解决双闭环调速系统中两个调节器的设计问题,等等。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解,使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容,在对其各种性能加深了解的同时,能够发现其缺陷之处,通过对该系统不足之处的完善,可提高该系统的性能,使其能够适用于各种工作场合,提高其使用效率。 运动控制课是后续于自动控制原理课的课程,是更加接近本专业实现应用的一门课程。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。 本设计首先进行总体系统设计,然后确定各个参数,当明确了系统传函之后,再进行稳定性分析,在稳定的基础上,进行整定以达到设计要求。 一、单闭环总体方案设计 1、控制原理 根据设计要求,所设计的系统应为单闭环直流调速系统,选定转速为反馈量,采用变电压调节方式,实现对直流电机的无极平滑调速。原理图如下: 图1、单闭环直流

带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计

目录 摘要 (2) 1主电路的设计 (2) 1.1变压器参数的设计与计算 (2) 1.2平波电抗器参数的设计与计算 (3) 1.3晶闸管元件参数的计算 (3) 1.4保护电路的设计 (4) 2反馈调速及控制系统 (4) 2.1闭环调速控制系统 (4) 2.2带电流截止负反馈闭环控制系统 (5) 2.3调节器设定 (8) 2.4控制及驱动电路设计 (9) 3参数计算 (10) 3.1基本参数计算 (10) 3.2电流截止负反馈环节参数计算与设计 (12) 3.3调节器的参数设计与计算 (12) 3.4调节器串联校正设计 (15) 4总电气图 (16) 5心得体会 (18) 参考资料 (18)

带电流截止负反馈转速单闭环直流调速 系统设计 摘要 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,并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟,是研究其它调速系统的基础。在直流电动机中,带电流截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛,其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。本次课设就带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统进行参数的设计。 1主电路的设计 1.1变压器参数的设计与计算 变压器副边电压采用如下公式进行计算: ??? ? ?? -+= N sh T d I I CU A nU U U 2min max cos αβ V U C I I U A n V U V U N sh T d 110) 105.05.09848.0(9.034.21 22205 .0105 .0109 .034 .22 1,220222 min max =??-??+==========则取已知αβ 因此变压器的变比近似为:45.3110 3802 1===U U K 一次侧和二次侧电流I 1和I 2的计算 I 1=1.05×287×0.861/3.45=75A I 2=0.861×287=247A

直流电机双闭环系统设计

直流电机双闭环系统设计 院系:机电工程学院 班级:电气自动化一班 姓名: 学号: 1 1 0 2 0 3 0 1 4 2 指导教师: 目录

1引言 2调速系统的性能指标 2.1调速系统的稳态指标 2.2调速系统的动态性能指标 2.3系统结构选择 3数字直流电机调速系统的数字PID控制3.1基于单片机控制的直流电机双闭环调速系统3.2 PID调节器的基本原理 4总结与展望 4.1工作总结 4.2研究展 参考文献 直流电机双闭环系统设计摘要

近年来,自动化控制系统在各行业中得到了广泛的应用和发展,而直流调速系统作为电力拖动系统的主要方式之一,在现代化生产中起着十分重要的作用。随着微电子技术的不断发展,计算机在调速系统中的应用使控制系统得到简化,体积减小,可靠性提高,而且各种经典和智能算法也都分别在调速系统中得到了灵活。 以单片机为控制核心的数字直流调速系统有着许多优点:由于速度给定和测速采用了数字化,能够在很宽的范围内高精度测速,所以扩大了调速的范围,提高了测速控制系统的精度;由于硬件的高度集成化,所以使得零部件数量大大减少;由于很多功能都是由软件实现的,使硬件得以简化,因此故障率小;单片机以数字信号工作,控制方法灵活便捷,抗干扰能力较强。 关键词:直流电动机;调速;双闭环 1引言 按照拖动的电动机的类型来划分,自动调速系统可以分为直流调速系统和交流调速系统两大类。由于直流电动机的电压、电流和磁通的耦合较弱,使直流电动机具有良好的运行性能和控制特性,能够在大范围内平滑调速,启动、制动性能良好,其在20世纪70年代以来一直在高精度,大调速范围的传动领域内占据主导地位。在要求高起、制动转矩,快速响应和较宽速度调节范围的电气传动领域中,采用直流电动机作为调速系统的执行电机。由于直流电动机具有良好的机械特性和调速特性,调速平滑,方便,易于在大范围内进行平滑调速,过载能力较大,能够承受频繁的冲击负载,可

单闭环直流调速系统

第十七单元晶闸管直流调速系统 第二节单闭环直流调速系统 一、转速负反馈直流调速系统 转速负反馈直流调速系统得原理如图l7-40所示。 转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR、触发器CF、晶闸管变流器U、测速发电机TG等组成。 直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n成正比得转速反馈电压Ufn。 转速给定电压Ugn与Ufn比较,其偏差电压ΔU=Ugn—Ufn送转速调节器ASR输入端。 ASR输出电压作为触发器移相控制电压Uc,从而控制晶闸管变流器输出电压Ud。 本闭环调速系统只有一个转速反馈环,故称为单闭环调速系统、 1.转速负反馈调速系统工作原理及其静特性 设系统在负载TL时,电动机以给定转速n1稳定运行,此时电枢电流为Id1,对应转速反馈电压为Ufn1,晶闸管变流器输出电压为Udl。 当电动机负载TL增加时,电枢电流Id也增加,电枢回路压降增加,电动机转速下降,则Ufn也相应下降, 而转速给定电压Ugn不变,ΔU=Ugn—Ufn增加。 转速调节器ASR输出电压Uc增加,使控制角α减小,晶闸管整流装置输出电压Ud增加,于就是电动机转速便相应自动回升,其调节过程可简述为: T L↑→Id↑→Id(R∑+Rd)↑→n↓→Ufn↓→△U↑→Uc↑→α↓→Ud↑→n↑。 图17-41所示为闭环系统静特性与开环机械特性得关系。

图中①②③④曲线就是不同Ud之下得开环机械特性。 假设当负载电流为Id1时,电动机运行在曲线①机械特性得A点上、 当负载电流增加为Id2时,在开环系统中由于Ugn不变,晶闸管变流器输出电压Ud也不会变,但由于电枢电流Id增加,电枢回路压降增加,电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点,转速只能相应下降、 但在闭环系统中有转速反馈装置,转速稍有降落,转速反馈电压Ufn就相应减小,使偏差电压△U增加,通过转速调节器ASR自动调节,提高晶闸管变流器得输出电压Ud0由Ud01变为Ud02,使系统工作在随线②机械特性上,使电动机转速有所回升,最后稳定在曲线②机械特性得B点上。 同理随着负载电流增加为Id3,Id4,经过转速负反馈闭环系统自动调节作用,相应工作在曲线③④机械特性上,稳定在曲线③④机械特性得C,D点上。 将A,B,C,D点连接起来得ABCD直线就就是闭环系统得静特性、 由图可见,静特性得硬度比开环机械特性硬,转速降Δn要小。闭环系统静特性与开环机械特性虽然都表示电动机得转速-电流(或转矩)关系,但两者就是不同得, 闭环静特性就是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)得静态关系,它只就是闭环系统调节作用得结果,就是在每条机械特性上取一个相应得工作点,只能表示静态关系,不能反映动态过程。 当负载突然增加时,如图所示由Idl突增到Id2时,转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降,然后随着Ud01升高为Ud02,转速n再回升到B点稳定运行,整个动态过程不就是沿着静特性AB直线变化得。 2.转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析 对调速系统来说,转速给定电压不变时,除了上面分析负载变化所引起得电动机转速变化外,还有其她许多扰动会引起电动机转速得变化,例如交流电源电压得变化、电动机励磁电流得变化等,所有这些扰动与负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说,可以被转速检测装置检测出来,再通过闭环反馈控制减小它们对转速得影响。也就就是说在闭环系统中,对包围在系统前向通道中得各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流得变化等)对被调量(如转速)得影响都有强烈得抑制作用、但就是对于转速负反馈调速系统来说,转速给定电压Ugn得波动与测速发电机得励磁变化引起得转速反馈电压Ufn变化,闭环系统对这种给定量与检测装置得扰动将无能为力。为了使系统有较高得调速精度,必须提高转速给定电源与转速检测装置得精度。

单闭环直流调速系统simulink仿真课程设计

目录 一、摘要.......................................................... - 3 - 二、课程设计任务 .................................................................................................... - 3 - 三、课程设计内容 .................................................................................................... - 3 - 1、PID控制原理及PID参数整定概述.................................................................... - 3 - 2、基于稳定边界法(临界比例法)的PID控制器参数整定算法 ............................ - 5 - 3、利用Simulink建立仿真模型............................................................................ - 8 - 4、参数整定过程 .................................................................................................- 12 - 5、调试分析过程及仿真结果描述.........................................................................- 16 - 四、总结 ...................................................................................................................- 17 - 五、参考文献 ...........................................................................................................- 17 -

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