自动控制课程设计--双闭环直流调速系统

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1、 自动控制系统课程设计 双闭环直流调速系统 作 者：* 专 业：* 班 级：* 学 号： * 指导教师：* 机电工程学院 二零一三年六月 自动控制系统课程设计 1 双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统 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

2、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 中的 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。 关键词：关键词：直流调速 MATLAB 直流电动机 电流调节器 自动控制系统课程设计 2 绪论绪论 在现代工业中，为了实现各种生产工艺过程的要求，需要采用各种各样的生 产机械，这些生产机械大多采用电动机拖动。随着工艺

3、技术的不断发展，各种生 产机械根据其工艺特点， 对生产机械和拖动的电动机也不断提出各种不同的要求， 这些不同的工艺要求，都是靠电动机及其控制系统和机机械传动装置实现的。可 见各种拖动系统都是通过控制转速来实现的，因此，调速控制技术是最基本的电 力拖动控制技术。 由于直流调速控制系统具有良好的启制动、正反转及调速等性能，目前在调 速领域中仍占主要地位。按供电方式，它可分交流机组供电、水银整流供电和晶 闸管供电三类。 晶闸管供电的直流调速控制系统具有良好的技术经济指标。 因此， 在国内外已取代了其他两种供电方式。目前，我国的直流调速控制主要在以下几 个方面进行着研究。 提高调速的单机容量。我国现有

4、最大单机容量为 7000kW，国外单机容量 已达 14500kW。 提高电力电子器件的生产水平，增加品种。20 世纪 50 年代末出现的无 自关断能力的半控型普通晶闸管是第一代电力电子器件。70 年代以后，出现了 能自关断的全控型器件，如电力晶体管（GTR） 、门极可关断晶闸管（GTO） 、绝缘 栅双极型晶体管（IGBT） 、电力场效应管（MOSFET） 、静电感应晶体管（SIT）和 静电感应晶闸管（SITH）等称之为第二代电力电子器件，使得变流器结构变得简 单、紧凑。80 年代后，出现了电力集成电路（PIC） ，属于第三代电力电子器件， 在 PIC 中，不仅含有主电路的器件，而且把驱动电路以

5、及过压、过电流保护、电 流检测甚至温度自动控制等电路都集成在一起，形成一个整体。当今，电力电子 器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展。 提高控制单元水平。目前国内使用较多的仍是小规模集成运放和组件构 成的交直流调速控制系统，触发装置甚至仍是分立元件的，目前，国外的第四代 产品以微处理机为基础，具有控制、监视、保护、诊断及自复原等多种功能。 自动控制系统课程设计 3 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 采用转速、 电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统为对像来设计直流电动机 调速控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计两 个调节器，电

6、流调节器和速度调节器，为了实现电流和转速分别起作用，二者之 间实行串级连接，即把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在把电流调节 器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。 该双闭环调速系统的两个调节器 ASR 和 ACR 都采用 PI 调节器,以便能保证系统获得良好的静态和动态性能转速调节器 在双闭环直流调速系统中的作用是减小转速误差， 采用PI调节器可实现无静差； 对负载变化起抗扰作用；其输出限幅决定电动机允许的最大电流;电流调节器在 双闭环直流调速系统中的作用是使电流紧紧跟随其给定电压的变化； 对电网的波 动起及时抗干扰作用；加快动态过程；堵转或过载时起快速自动保护作用。 1.2 设计目的、意义设计目的、意义 采用转速负反馈和 PI 调节器的单闭环直流调速系统，既保证了动态稳定性， 同时又能做到静态无静差， 可以很好的解决系统中动态、 静态之间的矛盾。 然而， 单闭环直流调速系统必须靠电流截止负反馈环节来解决系统起动中和堵转时电 流过大的问题，但并不十分精确。主要