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1、重庆大学本科学生课程设计（论文）运动控制系统课程设计报告带电流截止负反馈环节的直流调速系统设计指导教师： 学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 设计日期： 重庆大学自动化学院2014 年 9 月课程设计指导教师评定成绩表优秀(100x90)良好(90x80)中等(80x70)及格(70x60)不及格(x60)项目 分值参考标准 参考标准 参考标准 参考标准 参考标准评分学习态度 15学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作学习态度尚
2、可，能遵守组织纪律，能按期完成任务学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度技术水平与实际能力25设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实
3、际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题创新 10有重大改进或独特见解，有一定实用价值有较大改进或新颖的见解，实用性尚可有一定改进或新的见解有一定见解观念陈旧论文(计算书、图纸)撰写质量50结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整内容空泛，结构混乱，
4、文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰指导教师评定成绩：指导教师签名： 年 月 日目录1 实验原理 .11.1 直流调速系统的分类和指标 .11.2 带电流截至负反馈调速系统的静特性 .41.3 带电流截至负反馈调速系统的设计 .52 实验内容和过程 .62.1 晶闸管 电动机系统的自然机械机械特性测试 .62.2 系统控制单元整定 .82.3 系统静态性能测试 .92.4 系统动态性能测试 .143 实验结论与心得体会 .174 参考文献 .1801 实验原理1.1 直流调速系统的分类和指标由于良好的起动制动性能和宽范围的平滑调速能力，直流电动机常被用于需要做快速正反
5、向拖动的领域中。直流拖动系统的控制往往是通过控制转速来实现的，由直流电动的电动势平衡方程推出转速表达式eadlCRIUn0为电枢电压 , 为一定负载对应的电流, 为电枢回路总电压UdlI a电枢励磁磁通 电机的电动势参数e可知直流电机有三种可用的调速方法，分别是调压（ ）调速，弱磁U（ ）调速和改变串入电阻（ ）调速。然而通过改变串入电阻阻值来调速不aR能实现无级调速，弱磁调速的调速范围又太小，所以直流调速系统常采用调压调速的方式。对于一个建立好的直流调速系统，可以从调速范围（ ） ，干扰造成的转速D波动大小（静差率 ）和调速系统的起动和制动时间这三个方面来衡量，这些s参数有如下关系，mina
6、xDNsin其中 为直流电机的转速降落，是在电机负载从理想空载增加到额定值对应Nn的转速降落，可以作为衡量直流电机机械特性硬度的参量。调速范围和静差率两个概念也有密切的联系，同样的转速降落 下，调速范Nn围越大，转速越低对应的静差率也会大一些,两者满足1)1(DnsN而真正衡量不同系统机械特性时我们用的是转速最低时的静差率，这是的静差率最难满足系统的性能指标。本次实验使用的是晶闸管整流器-电动机调速系统的组合（ ),同样广MV泛使用的还有 -电动机的组合。常用的 系统有开环直流调速系统，PWMV带转速反馈的闭环直流调速系统（根据转速调节器 的不同又分为比例和 比ASRP例积分 调节） ，致力于
7、解决过电流问题的带电流截止负反馈的直流调速系统I（同样分为有差和无差）和能快速启动制动的双闭环直流调速系统。从开环系统到带转速反馈的调速系统，同样电机的转速降落大大减小，静差率减小，调速范围扩大，调节精度和系统抗干扰的能力增强，比例积分调节还消除了系统的静态误差；从单闭环转速反馈系统到双闭环转速电流，直流电机可以实现最大恒流起动和制动。V-M 触发的电机调速系统在转速负反馈控制的调速系统中突加给定电压，由于电机的惯性，转速不可能立即上升，反馈电压尚未建立时，转速调节器 的输入偏差电压很大，ASR电枢电流会很快升到其最大值，此时电枢电流极易过流，在制动和堵转时，电枢电流也容易过流。为了限制电流，
8、系统需要有自动限制电枢电流的环节，也就是电流截至环节。通过三相电流互感器取出电动机电枢回路的电流 , 当 大于临界截至电dId流 ,稳压管两端电压 大于 时，稳压管 被击穿，电流负反馈加入，dcrIcomUsdcrRISTV2阻止电流的进一步上升。利用稳压管产生比较电压带电流截至负反馈的有静差调速系统的稳态结构图如下，电流较小时，=0，调速系统只由转速负反馈调节，当 时，电流反馈电压iUcomsdURIcomsdiRI电流反馈环节输入输出特性31.2 带电流截至负反馈调速系统的静特性带电流截至负反馈的闭环系统稳定结构图带电流截至负反馈的闭环直流调速系统静特性分为 2 段时， 上的电压小于稳压管
9、的击穿电压 ，电流反馈环没有接dcrIsRcomU入，系统只受反馈转速环 控制，此时AS)1()(*KCIUKnedensp时，稳压管被击穿，随即电流负反馈环节接入系统，进一步减小输入dcrI放大器的偏差电压，抑制了转速的进一步上升，效果上如同串入了一个阻值为的大电阻并提高电枢电压，结果使系统的机械特性变软，堵转电流减小spRK)1()1(*KCIRKCUnedspecomnsp 直流调速系统的机械特性如图4在电流较大时加入电流负反馈相当于在主回路中串入了一个值为 的spRK大电阻，使系统的特性迅速下降，堵转电流大大减小。此时的堵转电流为( )scomnspcomnsdb RUKRI *)(
10、RKsp实验中用到的直流调速系统属于有静差的调速系统。1.3 带电流截至负反馈调速系统的设计设备：直流他励电动机的参数(额定电压，电流，转速）AInum1.rpmno450电枢回路电阻 平波电感电阻 2aR12LR整流电源电阻 晶闸管整流增益 1n 35sK调节器电阻 稳压管稳压电压 ko VUw9.6性能指标和要求： 最大给定电压 vnm7|*截至电流 AInodcr2.1.最大堵转电流 mbl45调速范围 静差率 3D%10s根据性能指标计算 P 调节的电阻 和电流截至反馈回路的电阻 .1R2R(1)计算额定速降rpmsDnomcl 704.53)1(2)计算系统开环增益07.6espcl
11、enomCKRIK(3)确定调节器比例系数5.1)1(*nsomenompUI(4)在最大堵转点时利用运放的特性计算电阻210*Rwimctnk31kR2.6(5)计算电流反馈系数75.dcrwIU(6)计算转速反馈系数16.0nd2 实验内容和过程2.1 晶闸管电动机系统的自然机械机械特性测试（1）连接晶闸管的直流电源电动机系统主电路及负载（L=700MH,R=450 ,I=1A） ，负载电机励磁回路（ R=900 ，I=0.5A） （2）空载启动调节到空载转速 （ ） ，加上负载将电机调整到0nrmp1606额定工作点（ , ） ，在额定负载电流范围内测量出一条自然机械特性（5 组aNIn
12、数据）空载点 额定点 N1 N2 N3 N4转速 (n)mi/r1537 1447 1510 1545 1574 1610负载 (dlI)A0.11 1.05 0.8 0.7 0.6 0.5端电压( )UV224 236 239 241 243 244（3）计算出电机的自然机械特性为 dedICRIUn159.4-62.0（4）利用端电压基本相等的 N1N4 和额定点绘制电机的一条自然机械曲线7实验中负载电流较小的时候转速偏大，这是主要由于此时的电枢电压比理论值（220V）偏大，电机的机械特性曲线已经上移。随着电枢电流增大，转速增加，实验中得到的曲线与实验曲线越来越接近。2.2 系统控制单元整
13、定（1）调试出满足系统要求的电流反馈强度 为了防止系统过流，电流负反馈环节发挥作用需有稳压管被击穿，此时的负载电流 ， 取稍大于 的 1.2A ，因此 dWIUAInomdcr1.dIdcrInomWIU2.稳压管击穿电压 为 6.9V，所以 单位为 ，取 5.75，同时由于电流截至w AV环节产生电压的不是电阻而是稳压管， 得物理意义不能理解为电阻。8通过调节电阻 可以调节 ，先将给定电压降低到额定的三分之一，再3pR加负载使电枢电流达到 ,调节 的阻值使电机转速刚好出现明显下降，这时dcrI3p的 值就对应了实验所需的截至电压。（2）确定截至稳压管的极性，连接电流反馈支路确定稳压管的极性可以通过测稳压管正反接时的电阻，选择 级电阻，M接入电流反馈端和主回路。（3）按实现计算出的 连接调节器和反馈回路21R，由堵转点时的运放特性得出210*URwimctnk31kR2.6（4）调试出合适的速度反馈强度 加入转速负反馈，将给定电压 设置到额定给定 7V，再调节测速电阻和*n转速
