自动控制系统课程设计--双闭环晶闸管直流调速系统

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1、自动控制系统课程设计 1 目录目录 一、概述 2 二、方案 2 2.1、双闭环直流调速系统 . 2 2.2、方案论证. 3 2.3、设计要求. 3 三、电路单元设计 3 3.1、转速给定电路设计. 4 3.2、转速检测电路设计. 4 3.3、电流检测电路设计. 5 3.4、整流及晶闸管保护电路设计. 5 3.4.1、过电压保护和 du/dt 限制 6 3.4.2、过电流保护和 di/dt 限制 . 6 3.4.3、整流电路参数设计 . 7 3.5、电源设计. 8 3.6、控制电路设计 9 四、MA TLAB 系统仿真调试 15 五、个人总结. 17 六、参考文献. 18 自动控制系统课程设计

2、2 双闭环晶闸管直流调速系统双闭环晶闸管直流调速系统 一、概述一、概述 在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格 拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极 其巨大的贡献， 这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只 对直流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部 分，因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。 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， 军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。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

3、。 20 世纪 90 年代前的大约 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相互独立并且 正交， 为控制提供了便捷的方式， 使得电动机具有优良的起动， 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它电动机的挑战， 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服控制首选。 因为它具有良好的线 性特性，优异的控制性能，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

4、的调节器，通 过应用 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。 二、方案二、方案 2.1、双闭环直双闭环直流调速系统流调速系统 该方案主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以 及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了 电流调节器 ACR 和转速调节器 ASR。电流调节器 ACR 和电流检测反馈回路构成了 电流环； 转速调节器 ASR 和转速检测反馈回路构成转速环， 称为双闭环调速系统。 因转速换包围电流环， 故称电流环为内环， 转速环为外环。在电路中， ASR 和 ACR 串联，即把 ASR 的输出当做 A

5、CR 的输入，再由 ACR 得输出去控制晶闸管整流器的 触发器。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有 输入输出限幅功能的 PI 调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。该方案的原 理框图如图 2.1 所示。 自动控制系统课程设计 3 图 2.1 方案原理框图 2.2、方案论证、方案论证 采用双闭环转速电流调节方法， 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

6、， 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。 2.3、设计要求、设计要求 直流电动机设计双闭环直流晶闸管调速系统，技术要求如下： 1.直流电动机的额定参数PN=500kW、UN=750V、IN=760A、nN=375 r/min，电动势 系数 Ce=1.82V*min/r,电枢回路总电阻 R=0.14 ，允许电流过载倍数=1.5， 触发整流环节的放大倍数 s =75，电磁时间常数 l T=0.031s，机电时间常数 m T=0.112s，电流反馈滤波时间常数 oi T=0.002s，转速反馈滤波时间常数 on T=0.02s，设调节器输入输出电压VUU nmimnm 10U * ，调节器输入电阻 kR40 0 。 2. 设计要求：稳态无静差，电流超调量 i5%；空载起动到额定转速时的转 速超调量 n10。 三、电路单元设计三、电路单元设计 根据设计要求， 本文所设计的双闭环直流晶闸管调速系统主要包含转速给定电 路、转速检测电路、电流检测电路、控制电路、触发脉冲输出电路、整流及晶闸 管保护