学位论文-—电枢可逆-转速、电流双闭环直流调压调速系统设计.doc

摘 要本设计是电枢可逆，转速、电流双闭环直流调压调速系统磁场回路采用桥式整流电路，电枢回路采用可控硅三相桥在式整流调压系统，采用接触器电流切换以实现可逆运行系统应用工程方法设计的转速、电流两个调节器均采用PI结构，以实现稳态无静差，同时在转速调节器上引入转速微分负反馈，从而达到了抑制转速超调的目的最后用MATLAB/SIMULINK对系统进行了仿真分析与校正，为系统的参数进一步优化和现场调试奠定了基础关键词：双闭环直流调速系统；电枢可逆； MATLAB/SIMULINK仿真ABSTRACTThe design is that armature is reversible , rotational speed and current the two pressure regulating speed adjustments of closed circuit of direct current system. the loop of magnetic field adopt bridge-type rectification circuit, armature loop adopt may control silicon three-phase bridge-type rectification pressure regulating system, switch with contactor current with realize reversible operation. this systematic application project design two current regulators and the rotational speed of method design adopt PI structure , with realize stable state have no static difference; at the same time lead into the differential negative feedback of rotational speed on the regulator of rotational speed, have so reached restrain the purpose of the super tune of rotational speed. use MATLAB/SIMULINK finally emulate for system analyse and rectify , is systematic parameter further optimization and the debug on-the-spot have established foundation.Key words: the two systems of closed circuit of direct current of speed adjustment; armature reversible; the emulation of MATLAB/SIMULINK目 录摘 要 IABSTRACT II第一章 绪论 1第一节 电力拖动的基本概述 1第二节 直流传动控制系统发展概况 1第三节 无环流调速系统简介 2第四节 控制系统的计算机仿真 3第二章 系统总体设计方案 4第一节 系统组成方案选择 4一、供电方案 4二、调速方案 4三、可逆方案 5四、控制方案 5第二节 逻辑无环流可逆调速系统原理图 6第三章 主回路元件参数计算与选择 8第一节 整流变压器的计算 8第二节 可控硅元件的选择 8第三节 可控硅的保护措施 9一、桥臂电抗器 9二、快速熔断器 9三、抑制过电压保护 9第四节 平波电抗器的选择 11第四章 系统控制单元 12第一节 无环流逻辑装置 12一、无环流逻辑装置的组成 12二、无环流逻辑装置的设计 13第二节 逻辑无环流的推β环节 18第三节 控制电源 19第四节 速度给定环节 19第五节 触发电路 20一、TC787 简介 20二、TC787 工作原理 21三、TC787各引脚功能描述 22四、TC787构成的三相六脉冲触发电路 22第六节 调节器 24第七节 检测装置 26一、测速发电机 26二、电流检测装置 26第八节 过流保护环节 27第五章 无环流控制系统运行状态及特性分析 28第一节 无环流控制系统各种运行状态 28一、正向起动到稳定运转 28二、正向减速过程 28三、正转制动 29四、停车状态 31第二节 系统静动态特性的分析调整 31一、系统的静特性 31二、系统动态参数计算与调试 32第六章 抗干扰方案 42第一节 概述 42第二节 抗干扰设计的基本原则 43第三节 干扰源及抑制方法 44第四节 主要敏感环节及抑制方法 44第五节 干扰讯号及削弱方法 44第六节 设备和部件的布线 46第七章 基于MATLAB的双闭环直流调速仿真系统仿真 47第一节 概述 47第二节 系统仿真 47一、电动机起动过程的MATLAB仿真 48二、电流环的MATLAB仿真 50三、转速环的MATLAB仿真 53总 结 55参考文献 56外文资料 57中文翻译 62致 谢 66iv66第一章 绪论第一节 电力拖动的基本概述现代工业生产中，大多数生产机械都采用电力拖动。

随着生产科学技术的发展，电力拖动及其自动化得到不断的发展电力拖动系统为电气与机械综合的系统它由电动机及其供电电源、传动机构、执行机构、电气控制装置四部分组成电动机及其供电电源的作用是把电能转换成机械能；传动机构的作用是把机械能转化成所需要的运动形式并进行传递与分配；执行机构是完成生产工艺任务的；电气控制装置是控制系统按着生产工艺的要求来动作，并对系统起保护作用或进行更高层次的自动化控制随着生产的发展，生产工艺对电力拖动系统在准确性、快速性、经济性、先进性等方面提出愈来愈高的要求，因此，需要不断地改进和完善电气控制设备，使电力拖动自动化得到不断的发展电力拖动系统的发展，亦按着从低级到高级、从简单到复杂的一般规律，从最初的成组拖动，经过单电动机拖动以至发展为现代电力拖动的解百纳形式—多电机拖动电力拖动自动化在新型电机、大功率半导体器件、大规模集成电路、电子计算机及现代控制理论发展的推动下，发生了巨大的变革由单机自动化本身高层次的发展，扩展到生产过程与管理的自动化电力拖动自动化的发展，为工业发展和科学技术进步打开了更广阔的前景第二节 直流传动控制系统发展概况长期以来，直流电机由于其良好的起、制动性能和调速性能，在电力拖动调速系统中占有主导地位，虽然近年来交流电动机的调速控制技术发展很快，但就反馈闭环控制的机理来说，直流电动机的传动与控制理论和实现都是交流电动机传动控制的基础，从根本上说，由于直流电动机电枢和磁场能独立进行激励，而且转速和输出转矩的描述是对可控电压（或电流）激励的线性函数，因此，容易实现各种直流电动机控制系统，也容易实现对控制目标的“最佳化”，这也是直流机长期主导传动领域的原因。

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，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用近年来，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统正逐步取代直流调速系统然而，直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度看，它又是交流拖动控制系统的基础因此，还是应该首先很好地掌握直流拖动控制系统从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统第三节 无环流调速系统简介许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是需要可逆的调速系统采用两组晶闸管反并联的可逆调速系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称做环流这样的环流对负载无益，只会加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率换流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。

因此，当工艺过程对系统过度特性的平滑性要求不高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统无环流可逆调速系统可按实现无环流原理的不同而分为两大类：逻辑无环流系统和错位控制无环流系统而错位无环流系统在目前的生产中应用很少，逻辑无环流系统目前生产中应用最为广泛的可逆系统，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统，组成逻辑无环流可逆系统的思路是：任何时候只触发一组整流桥，另一组整流桥封锁，完全杜绝了产生环流的可能至于选择哪一组工作，就看电动机组需要的转矩方向若需正向电动，应触发正组桥；若需反向电动，就应触发反组桥，可见，触发的选择应决定于电动机转矩的极性，在恒磁通下，就决定于信号同时还要考虑什么时候封锁原来工作桥的问题，这要看工作桥又没有电流存在，有电流时不应封锁，否则，开放另一组桥时容易造成二桥短路可见，只要用信号极性和电流“有”、“无”信号可以判定应封锁哪一组桥，开放哪一组桥基于这种逻辑判断电路的“指挥”下工作的可逆系统称逻辑无环流可逆系统。

第四节 控制系统的计算机仿真计算机仿真是指以计算机为主要工具，运行真实系统或预研系统的仿真模型计算机仿真通过对计算机输出信息的分析与研究，实现对实际系统运行状态和演化规律的综合与预测它是分析评价现有系统运行状态或设计优化未来系统性能与功能的一种技术手段，在工程设计、航空航天、交通运输、经济管理、生态环境、通信网络和计算机集成等领域中有着广泛的应用计算机仿真基本内容包括系统建模、仿真算法、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节随着计算机仿真与技术的发展，目前各个科学与工程领域均已开展了仿真技术的研究系统仿真技术已经被公认为是一种新的试验手段，在科学与工程领域发挥着越来越重要的作用MATLAB语言是当前国际上自动控制领域的首选计算机语言MATLAB中的Simulink提供的面向框图的仿真即概念性仿真功能，使得用户能容易地建立复杂系统模型，准确地对其进行仿真分析Simulink的概念性仿真模块允许用户在一个框架下对含有控制环节、机械环节和电子电机环节的系统进行建模与仿真，这是目前其他计算机语言无法做到的第二章 系统总体设计方案电动机是拖动控制系统的执行元件，实现把电能转换成机械能的关键元件。

本设计中工艺要求：稳态指标： 无静差；动态指标：电流超调量δ¡≤5% ；启动到额定转速时，转速超调量δｎ≤10其主要技术参数如下：Pn＝185w Un＝220v In＝1.16A Nn＝1500r/min 第一节 系统组成方案选择一、供电方案185瓦电动机采用可控硅整流装置直接供电的系统，考虑到对。