1、 1 自动控制原理课程设计自动控制原理课程设计 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 班级 电气自动化二班 姓名 学号 指导教师 2013 年 6 月 10 日 2 目录目录 摘要摘要 第第1章章 系统方案设计系统方案设计 1.1 任务分析任务分析 1.2 方案比较论证方案比较论证 1.3 系统方案确定系统方案确定 第第2章章 系统主电路设计及参数计算系统主电路设计及参数计算 2.1 主电路结构设计与确定主电路结构设计与确定 2.2 主电路器件选择与计算主电路器件选择与计算 2.2.1 整流变压器的参数计算和选择整流变压器的参数计算和选择 2.2.2 整流元件晶闸管的选型整流元
2、件晶闸管的选型 2.3 电抗器的设计电抗器的设计 2.4 主电路保护电路的设计主电路保护电路的设计 2.4.1 过压保护设计过压保护设计 2.4.2 过流保护设计过流保护设计 第第3章章 双闭环调节系统调节器的设计双闭环调节系统调节器的设计 3.1 电流调节器的设计电流调节器的设计 3.2 转速调节器的设计转速调节器的设计 小结小结 心得体会心得体会 参考文献参考文献 3 摘要摘要 直流电动机具有良好的起动、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领域 中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交 流拖动系统的基础。该系统中设置了电流检测环节、电流调 节
3、器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速 环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速 检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从 而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速 外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保 持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时， 转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化 而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡 负载电流。 并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真， 分析双闭环直流调速系统的特性。 4 第第 1 章章 系统方案设计系统方案设计 1.1 任务分析任务分析
4、 本课题所涉及的调速方案本质上是改变电枢电压调速。 该 调速方法可以实现大范围平滑调速，是目前直流调速系统采 用的主要调速方案。但电机的开环运行性能远远不能满足要 求。按反馈控制原理组成转速闭环系统是减小或消除静态转 速降落的有效途径。转速反馈闭环是调速系统的基本反馈形 式。 可要实现高精度和高动态性能的控制， 不尽要控制速度， 同时还要控制速度的变化率也就是加速度。由电动机的运动 方程可知加速度与电动机的转矩成正比关系，而转矩又与电 动机的电流成正比。因而同时对速度和电流进行控制，称为 实现 1.2 方案方案比较比较论证论证 方案一：单闭环直流调速系统 方案一采用单闭环的速度反馈调节时整流电
5、路的脉波数 m = 2 ,3 ,6 ,12 , ,其数目总是有限的,比直流电机每对极下换 向片的数目要少得多。因此,除非主电路电感 L = ,否则晶闸 管电动机系统的电流脉动总会带来各种影响,主要有:(1) 脉 动电流产生脉动转矩,对生产机械不利; (2)脉动电流(斜波电 流) 流入电源,对电网不利,同时也增加电机的发热。 并且晶闸 管整流电路的输出电压中除了直流分量外,还含有交流分量。 把交流分量引到运算放大器输入端,不仅不起正常的调节作 5 用,反而会产生干扰,严重时会造成放大器局部饱和,从而破坏 系统的正常工作。如图所示。 方案一原理框图 方案二：双闭环直流调速系统 方案二采用双闭环转速
6、电流调节方法，虽然相对成本较 高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的 满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启 动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反 馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能 控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充 分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满 足了生产需求。该方案的原理框图如图所示。 方案二原理框图 电压 电流检测 ASR ACR 整流触发装置 电动机 负载 速度检测 电压 放大器 整流触发装置 电动机 负载 速度检测 6 1.3 系统方案确定系统方案确定 1.在单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号， 各参 数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，系统的动 态性能不够好。 2.系统中采用电流截止负反馈环节来限制启动电流， 不能 充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，即最佳过 渡过程。 为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合于为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合
