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1、运动控制系统课程设计题目：双闭环不可逆PWM直流调速系统 院 系：工学院电气与电子工程系专 业：自动化 班 级：自动化1202 姓 名：王学松 学 号：7 指导教师：王选诚 二一五年七月运动控制系统课程设计任务书一、基本情况 学时：1周 学分：1学分 适应班级：自动化1201-1202二、进度安排本设计共安排1周，合计30学时，具体分配如下：实习动员及准备工作： 2学时总体方案设计： 4学时硬件设计： 12学时撰写设计报告： 8 学时答辩： 4学时教师辅导： 随时三、基本要求1、课程设计的基本要求运动控制系统课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括总体方案选择，硬件
2、系统设计、硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。2、课程设计的教学要求运动控制系统课程设计课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到2节以上，或者迟到、早退累计达到4次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每5-6名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，
3、可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过60%的课程设计考核按不及格处理。四、设计题目及控制要求题目：双闭环不可逆PWM直流调速系统要求：1稳态无静差i5%，转速超调量n20%；2完成系统个环节的原理图设计和参数计算；3根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求；4调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施；设计不可逆转速、电流双闭环直流调速系统，基本技术数据参数如下：直流电动机：Pn=10kw，Un=22
4、0V，In=53.5A，nN=1500r/min，=1.5， Ra=0.37，I=2mH，Tm= 0.063s，GD2=125Nm2，电枢回路总电阻R=0.58。五、设计报设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于3000字，图形绘制规范。设计报告的格式如下： 1、封面 2、摘要 3、目录4、正文(1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；(2) 方案选择及论证；(3) 硬件电路设计及描述（包括硬件的选型及电路图、输入输出接线图等的设计）；5、心得体会 6、参考文献 不少于5篇。六、考核方法运动控制系统课程设计的考核方式为考查
5、，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。 考核分三个方面进行：平时表现20%；设计过程25%；设计报告 40%；设计答辩15%。有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理： 1、设计期间累计迟到、早退达4次；2、设计期间累计旷课达2节； 3、设计报告雷同率超过60%或无设计报告；4、不能完成设计任务，达不到设计要求。非物质文化遗产是指各族人民世代传承的，与群众生活密切相关的各种传统文化表现形式和文化空间，包括民俗活动、表演艺术、传统知识和技能以及与之相关的器具、实物
6、、手工制品等 烟台南山学院课程设计 第I页摘 要在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分分重要的作用。直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛的应用。研究直流电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源都具有重要的意义。电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速方法有着不同的应用场合。本文基于PWM的双闭环直流调速系统进行了研究，并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。首先描述了变频器的发展历程，提出了PWM调速方法的优势，指出了PWM调速方法的发展前景，点出以PWM变频调速方式应用最为
7、广泛，本文将对PWM的理论进行详细论述。在此基础上，做出SG3525单片机控制的PWM变频调速系统的整体设计，然后对各个部分分别进行论证，力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。关键词：直流调速 双闭环 PWM SG3525 直流电机 烟台南山学院课程设计 目录第1章 绪论111 直流调速系统的概述112 研究课题的目的和意义113 设计内容和要求21.3.1 设计要求21.3.2 设计内容21.3.3 技术参数3第2章 系统总体方案设计42.1 设计分析42.1.1 双闭环调速系统的结构图42.1.2 直流双闭环系统的原理42.1.3 双闭环调速系统优点52.1.4 转速、电流双闭环控制系
8、统72.1.5 PWM变换器介绍9第3章 电路设计143.1 PWM（双极式）主电路设计143.2 双闭环调节器电路设计143.2.1 电流调节器143.2.2 转速调节器153.3 信号产生电路153.4 IGBT基极驱动电路原理173.5 基于EXB841驱动电路设计183.6 锯齿波信号发生电路19第4章 系统参数计算204.1 电流调节器的设计204.2 转速调节器的设计21总结23参考文献24 烟台南山学院课程设计 第23页第1章 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
9、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
10、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。12 研究课题的目的和意义 在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善因此，在双闭环系统中，由电网电压
11、波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，而初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。大多数现代的电力拖动自动控制系统均可由低阶系统近似。若事先深入研究低阶典型系统的特性并制成图表，那么将实际系统校正或简化成典型系统的形式再与图表对照，设计过程就简便多了。这样，就有了建立工程设计方法的可能性。13 设计内容和要求1.3.1 设计要求（1）该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速范围（D10），系统在工作范围内能稳定工作
12、；（2）系统静特性良好，无静差（静差率S2）；（3）动态性能指标：转速超调量n8%，电流超调量i5%，动态最大转速降n810%；调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s；（4）系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续；（5）调速系统中设置有过电压、过电流保护，并且有制动措施；（6）主电路采用三项全控桥；1.3.2 设计内容（1）根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。（2）调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）。（3）驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发电路
13、均可）。（4）动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。（5）绘制双闭环直流不可逆调速系统电器原理图（要求用计算机绘图），并用Orcad或Matlab软件进行拖动控制系统仿真以及硬件仿真。（建立传递函数方框图），并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。1.3.3 技术参数（1）晶闸管整流装置：Rrec=0.15，Ks=36；（2）负载电机额定数据：Pn=10kW，UN=220V，IN=53.5A，nN=1500r/min，Ra=0.37，=1.5；（3）系统主电路R=0.58，Tm=
14、0.063s；第2章 系统总体方案设计2.1 设计分析2.1.1 双闭环调速系统的结构图直流双闭环调速系统的结构图如图2.1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。图2.1 双闭环调速系统的结构图2.1.2 直流双闭环系统的原理ASR（速度调节器）根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节，其输出
