直流双闭环有环流可逆调速系统设计.doc

1课程设计任务书课程设计任务书学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 指导教师：指导教师： 工作单位：工作单位： 信息工程系信息工程系 题题 目目: : 直流双闭环有环流可逆调速系统设计 初始条件：初始条件：1.直流电动机额定参数为： UN＝220V，IN＝136A，Ce＝0.132 v.min/r，Ra＝0.5Ω2.电机过载倍数 λ＝1.5，Ks＝40，Tl＝0.03 s，Tm＝0.18 s，调节 α＝0.07 v.min/r,β=0.05 v/A3.测速发电机参数：23W，110V，0.21A，1900 r/min，永磁式 4.主电路采用三相全控桥，反并联连接，进线交流电源：三相 380V要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : （包括课程设计工作量及其技术要求，说明书撰写等具体要求）1.转速调节器 ASR 及电流调节器 ACR 的设计2.转速反馈和电流反馈电路设计3.集成触发电路设计4. 主电路及其保护电路设计课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。

满足如下要求：1．采用 α＝β 配合控制，能够实现可逆运行，转速和电流稳态无差，电流超调量小于 5％，转速超调量小于 10％2. 对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证，说明系统工作原理3. 画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程 4. 画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准时间安排：时间安排：2011.6.13－2011.6.15 收集课程设计相关资料 2011.6.16－2011.6.23 系统设计 2011.6.24－2011.6.26 撰写课程设计及答辩指导教师签名：指导教师签名： 年年 月月 日日系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名： 2年年 月月 日日引引 言言20 世纪 60 年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，便产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速系统，为工业生产自动化，楼宇、办公自动化等提供了技术基础；提高了市场效率和改善了人们的生活质量，使人类社会生产、生活发生了翻天覆地的变化。

随着新型电力电子器件和先进控制技术的不断发展，运动控制系统及电力电子装置的性能也将不断地优化和被改善由这种变化而产生的影响将会越来越明显如今，晶闸管－电动机调速系统（简称 V-M 系统）已经成为直流调速系统的主要形式在许多大型的钢铁行业和材料生产行业中，为获得良好的控制性能，大量使用直流电动机调速系统，尤其是直流双闭环调速系统，它具有调速性能好，调速范围宽，动态性能好等优点此次，我就选择用逻辑无环流控制的可逆晶闸管－电动机调速系统来调节电动机的速度以满足生产工艺要求运动控制系统是自动化专业的主干专业课，具有很强的系统性、实践性和工程背景运动控制系统课程设计的目的在于培养学生运用本课程的知识和理论来分析和解决运动控制系统设计的实际问题，使学生建立正确的设计思路，并掌握实际工程设计的方法及其规范，提高学生查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力；理解、分析、制定设计方案的能力；实验研究及系统调试及编写说明书的能力我相信通过此次课程设计将大大提高我们将理论应用于生产实际和将生产实际联系理论的能力3目 录摘要 ··············································································11、电流调节器与转速调节器的设计······················································21.1、电流环结构框图的化简·························································21.2、电流调节器的参数计算························································21.3、电流环的校正································································21.4、ASR 的设计··································································32、主电路及其保护电路的设计·························································62.1、主电路框图···································································62.2、开关切换的可逆线路··········································4················62.3、保护电路······································································63、V-M 有环流可逆直流调速系统的控制··················································73.1、α=β 配合控制原理·····························································73.1.1、环流的概念······························································73.1.2、直流平均环流与配合控制·················································73.2、实现α=β 配合控制·················································83.3、α=β配合控制中的瞬时脉动环流及其抑制·········································84、触发装置的设计····································································94.1、触发装置的应用·······························································94.2、触发电路的设计··········································5····················95、自然环流可逆调速系统原理框图·····················································105.1、有环流可逆 V-M 系统的原理框图················································106、总结············································································127、参考文献········································································13附录··············································································141摘摘 要要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。

本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，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，利用 Simulink 对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求采用MATLAB 软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计,并用 SIMULINK 进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行.关键词 直流调速系统 电流调节器 转速调节器 双闭环有环流可逆系统 2直流双闭环有环流可逆调速系统设计 1、电流调节器与转速调节器的设计1.1、电流环结构图的简化电流环的动态结构图简化框图如图 12 所示根据设计要求电流超调量 δi﹪5﹪，并保证稳态电流无静差，可按典型 I 型系统设计电流调节器。

电流环控制对象是双惯性的，因此用 PI 型电流调节器，其传递函数为： 式中 Ki 为电流调节器的比例系数；i为电流调节ssKsWii iACR1)(器的超前时间常数图 12 电流环的动态结构图简化框图1.2、电流调节器参数的计算三相桥式电路的平均失控时间 Ts =0.0017s; 三相桥式电路每个波头的时间是 3.3ms，为了基本滤平波头，应有（1～2）T0i =3.3 ms, 因此取 T0i =0.002s按小时间常数近似处理，取T∑i=Ts+T0i =0.0037s电流调节器超前时间常数：= Tl =0.00888设计要求 δi5﹪，取 KI iT∑i=0.5,因此 KI =0.5/0.0037=135.1s-1=ci由式子得： 得 = 0.7891.3、校正后的电流环晶闸管整流装置传递函数的近似条件:1/3Ts=196s-1>ci ，满足近似条件 忽略反电动势变化对电流环动态影响 的条件：=75s-1，满足近似条件lmci13TT电流环小时间常数近似处理条件：=180.8s-1，满足近似条件。

oisci1 31 TT3满足所有近似条件PI 型电流调节器如图 1 所示按所用运算放大器取 R0 =40K ，各电阻和电容值为： Ri =KiR0=31.56 K Ci =/ Ri =0.28 iFCoi=4Toi/ Ro =0.2F图 1 PI 型电流调节器 按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为： δi =4.3﹪ -udor的情况，仍能产生瞬时的脉动环流这个瞬时脉动环流是自然存在的，因此α=β配合控制有环流可逆系统又称作自然环流系统为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器，或称均衡电抗器30minmin94、触发装置的设计4.1、触发装置的应用集成触发电路具有可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便等优点晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路正组晶闸管VF，由GTF控制触发，——正转时，VF整流；——反转时，VF逆变反组晶闸管VR，由GTR控制触发，。