直流电机双闭环系统课程设计

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1、目录 1绪论 1 11 直流调速系统的概述 1 1.1.1 直流电动机的调速方法 . 1 1.2 PWM 的相关介绍 2 2 总体方案设计 3 2.1 方案比较 3 2.2 方案论证 4 2.3 方案选择 4 2.4 设计内容和要求 . 5 2.4.1 设计内容 5 2.4.2 设计要求 5 2.4.3 设计参数 6 3 单元模块设计 6 3.1 转速给定电路设计 6 3.2 转速检测电路设计 7 3.3 电流检测电路设计 7 3.4 整流及晶闸管保护电路设计 8 4.双闭环直流调速系统设计. 9 4.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 9 4.1.1 双闭环调速系统的组成 .

2、9 4.1.2 稳态结构框图和静特性 11 4.1.3 稳态参数计算 13 4.2 转速、电流双闭环直流调速系统的动态模型 13 4.2.1 动态抗扰性能分析 15 4.3 调节器的设计. 17 4.3.1 电流调节器的设计 17 4.3.2 转速调节器的设计 19 4.3.3 调速系统的开环传递函数 21 5 系统调试 22 5.1 系统 MATLAB 仿真 22 5.2 系统的建模与参数设置 22 5.3 系统仿真结果的输出及结果分析. 23 6 单闭环直流调速系统设计 23 6.1 闭环调速系统的组成及其静特性 . 24 6.1.1 系统组成 . 24 6.1.2 静特性 . 25 6.

3、2 稳态参数计算. 25 6.3 传递函数 . 26 总 结 28 致 谢. 29 参考文献 . 29 直流电机双闭环调速系统 1 1绪论 11 直流调速系统的概述 三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的 更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整 流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成 化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指 标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善 化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替 代。直流调速是指人

4、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。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜 于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属 切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛 的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和 实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系 统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。

5、 1.1.1 直流电动机的调速方法 （1）调节电枢供电电压 U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢 电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围 内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。 a I变化遇到的时间常数较小，能 快速响应，但是需要大容量可调直流电源。 （2）改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减 弱磁通进行调速（简称弱磁调速） ，从电机额定转速向上调速，属恒功率调速 方法。 f I变化时间遇到的时间常数同 a I变化遇到的相比要大得多， （3）改变电枢回路电阻 R。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法， 设备简单，操作方便。但是只能进

6、行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软； 空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。 改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车 等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不 大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。对于要求 在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主速。 直流电机双闭环调速系统 2 改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压需 要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种： （1）旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直 流电压。 （2）静止可控整流器。用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装 置，产生可调的直流电压。 （3）直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不可控整流电源供电， 利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。 1.2 PWM 的相关介绍 脉宽调制的全称为：Pulse WidthModulator、简称 PWM、由