运动控制课程设计--双闭环直流调速系统

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1、 摘 要 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 matab 中的 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。采用控制工具箱对 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； 采用 Protel 完成电 路的设计，运用 Protel 对电路进行仿真验证，通过几个软件的协同工作，调试出 满足设计要求的结果。 在理论分析

2、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。 关键词关键词：直流电机 双闭环 Simulink MATAB Protel 目 录 摘 要 I 1 绪论 . 1 2 设计前言 1 2.1 调速原理. 1 2.2 设计参数. 1 2.3 具体要求. 1 3 方案设计 2 3.1 直流电机 PWM 调速控制原理 2 3.2 电动机模型建立及参数计算. 3 3.3 电流转速双闭环设计 . 4 3.2.1

3、电流调节环 5 3.22 速度调节环 6 4. 实现设计 . 7 4.1 H 型回路 . 7 4.2 电压脉冲变换器 8 4.4 双闭环调节器电路. 9 4.4.1 电流环调节器 9 4.4.2 转速调节器 10 4.5 三角波发生器 11 4.51 实验原理 11 4.52 工作原理 12 4.53 电路参数 13 4.54 方波、三角波发生器的设计方法 . 13 4.55 安装与调试 16 4.6 脉冲分配器及功率放大器 18 5 电路原理图设计 18 6. 仿真和调试结果 . 19 7. 总结与心得体会 . 20 参考文献 21 附录 A 电路原理图. 22 1 1 1 绪论绪论 直流调

4、速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要 求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电 动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机 的稳定运转速度发生变化。双闭环可逆直流调速系统结构复杂，在研究和设计的 过程中，许多参数的选择需要反复调试，运用计算机仿真技术对系统进行仿真， 将会为研究和设计工作提供有力的支持，在计算机仿真系统时，可以方便地对参 数进行设置，得到合理的参数组合，为系统的实现提供条件。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

5、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。 2 2 设计前言设计前言 2.1 调速原理调速原理 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广范围内平滑调速，所以由晶 闸管直流电动机(VM)组成的直流调速系统是目前应用较普遍的一种电力传 动自动化控制系统。它在理论上实践上都比较成熟，而且从闭环控制的角度看， 它又是交流调速系统的基础。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动 控制系统有调速系统、位置随动系统（伺服系统） 、张力控制系统、多电机同步 控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此，调速系 统是最基本的电力拖

6、动控制系统。 2.2 设计参数设计参数 直流电机参数，本次课程设计所使用的电动机为他励式直流伺服电动机，其 参数为Pnom= 10kW， nnom= 100r/min， Unom= 220V， Inom= 55A， Ra= 0.5， L=0.0085H。系统运动部分飞轮转矩相应的机电时间常数Tm= 0.075s，测速发电 机的反馈系数=0.01178V.min/r，电流反馈系数ki= 0.132V/A， 2.3 具体要求具体要求 1) 单位阶跃响应的超调量小于 23%； 2) 单位阶跃响应的调整时间小于 0.03s； 3) 闭环带宽不小于 15Hz 2 3 3 方案设计方案设计 3.1 直流电机直流电机 PWM 调速控制原理调速控制原理 直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用 得很少，大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步，改 变电枢电压可通过多种途径实现， 其中脉冲宽度调制(PWM)便是常用的改变电枢 电压的一种调速方法。 其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比 值(即占空比)来调整直流电机的电枢电压 U，从