1、 1 电力拖动与运动控制系统电力拖动与运动控制系统 课程设计课程设计 姓 名： 学 号： 专 业： 电气工程及其自动化 专 题： 双闭环直流调速系统的设计 指导教师： 设计地点： 2013 年 5 月 2 课程设计任务书 设计专题题目：设计专题题目：双闭环直流调速系统的设计 设计主要内容和要求：设计主要内容和要求： 直流调速系统凭借其优良的调速性能在现场中得到了广泛使用，虽然交流电机 得到了越来越多的使用，但直流调速系统的理论完全适用于交流电机调速系统的设 计。 针对附录中提供的直流电机参数，进行直流电机调速系统的设计。要求该直流 调速系统调速范围宽、起制动性能好、可四象限运行，具体设计内容如
2、下。 1. 绪论绪论 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，等行 业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机做原动机。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。 20 世纪 90 年代前地大约 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互相独立并且正交， 为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的启动，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他电动机的挑战，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候控制首选。因为它具有良好的线性特征，优 异
3、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。 本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统 进行设计和控制，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器。并应用 MATLAB 软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。 2. 直流调速系统的主电路设计直流调速系统的主电路设计 (1) 根据提供的直流电动机参数，选择相应的主电路形式，主电路主要采用两 种形式：基于 H 桥的脉宽直流调速系统、晶闸管电动机直流调速系统； (2) 根据附录中所提供的直流电机参数和选择的主电路形式，对主电路中的功 3 率器件进行型号选择，并要求给出选择
4、依据； (3) 根据选择的主电路器件，设计晶闸管触发电路，全控型器件 IGBT 驱动电 路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明； (4) 根据系统控制要求，选择相应的电压、电流和温度等传感器，要求给出具 体型号； (5) 要求在主回路设计中需给出相应的保护及缓冲电路。 3. 直流调速系统的控制理论直流调速系统的控制理论 (1) 给出双闭环直流调速系统的动态结构框图； (2) 根据直流电动机和主回路参数，确定动态结构框图的具体参数； (3) 运用工程化设计方法对直流调速系统的调节器进行参数设计，要求必须给 出限幅的具体参数及依据； (4) 根据设计的 PI 调节器参数，要求给出带有内外限幅的 P
5、I 调节器的模拟量 电路图； (5) 给出直流调速系统的完整结构框图。 4. 双闭环直流调速系统的双闭环直流调速系统的 Matlab仿真仿真 (1) 根据上述双闭环直流调速系统的动态结构框图，建立 Matlab 仿真模型，并 对调节器参数设计的合理性进行验证； (2) 运用 Matlab/Simulink 下的电机模型，建立基于电机模型的仿真模型，并对 调节器的参数作出调整。 5. 数字控制器的设计数字控制器的设计 (1) 硬件设计： 根据所选数字处理器， 进行相应硬件电路的设计， 要求包括 PWM 输出、AD 采样及信号处理电路、编码器接口等； (2) 软件设计：给出双闭环直流调速系统的整体
6、控制流程图，并给出增量式 PI 调节器、数字测速的程序流程框图。 4 指导教师签字： 日 期： 5 摘摘 要要 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 Matlab 进行系统的数学建模和
