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1、运动控制系统课程设计任务书一、设计目的与任务课程设计的主要目的是通过设计某直流电机调速系统或交流电机的调速系统或者应用交直流电机的调速的控制系统的设计实践，了解一般电力拖动与控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电力拖动与控制系统设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实
2、际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。二、教学内容及基本要求在接到设计任务书后，按原理设计和工艺设计两方面进行。1原理图设计的步骤 1) 根据要求拟定设计任务。2) 根据电力拖动与控制系统的设计要求设计主电路。3) 根据主电路的控制要求设计控制回路4) 要考虑保护环节，如过电压、过电流等的保护。5) 总体检查、修改、补充及完善。主要内容包括：6) 进行必要的参数计算和设计必要的软件控制流程。7) 正确、合理地选择各电器元器件，按规定格式编制元件明细表。2工艺设计步骤 1) 根据电力拖动与控制系统的任务书的设计要求，或者
3、根据运用电力拖动调速等的设计控制对象及工艺的要求，进行分析。2) 选择合适的设计方案，论证设计方案的合理性。3) 根据设计方案设计合适的电力拖动与控制系统的或运用电力拖动调速的控制系统的主电路和控制电路，并画出相应比较相尽得电路图。4) 进行相应的参数进算，包括电子元器件的参数的计算与选取。5）软件设计至少要包含比较完整的软件设计流程图。要求学生能独立完成课程设计内容。达到本科毕业生应具有的基本设计能力。三、课程教学的特色说明要求学生掌握一定的理论基础知识，同时具备一定的实践设计技能，并且能够电力拖动与控制系统课程中讲授的内容结合实际情况进行系统设计以及编程。在课程设计中，学生是主体，应充分发
4、挥他们的主动性和创造性。教师的主导作用是引导其掌握完成设计内容的方法。为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：1. 在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。2. 在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数及流程，要经过计算论证。3. 所有电气图样的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元器件明细表以及图样的折叠和装订。4. 说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。5. 应在规定的时间内完成所有的设计任务。
5、6. 如果条件允许，应对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能性。四、课程设计参考题目一）每题每班最多有 3 个同学做；二）题目可以选用（题目一）至（题目十六）来做，也可以由学生在（题目一）至（题目十六）的基础上加以修改来做； 三）题目也可以由学生自己选择题目（该题目必须经教师同意） ；四）参考题目及要求如下：题目一：基于 XX 单片机直流单闭环调速系统1 技术指标以单片机系统为依托，根据 PWM 调速或 V-M 调速的基本原理，以直流电机电枢上电压的占空比或控制触发脉冲相位角来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机控制速度的变化。(
6、1)电动机参数：PN=3KW,n N=1500rpm,UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路总电阻 R=2.5，电磁时间常数 Tl=0.017s，机电时间常数 Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数 =0.07。调速指标：D=30，S=10%。2 设计要求：（1）闭环系统稳定；（2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。3 设计任务：（1）熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。（2）按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。（3）软件设计，编写程序。（4）撰写课程设计报告。
7、要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。题目二：某 V-M 双闭环不可逆直流调速系统设计1 技术要求某三相桥式晶闸管整流装置：Rrec=0.032，Ks=45-48；负载电机额定数据：PN=90KW，UN=440V，IN=220A，nN=1800r/min，Ra=0.088，=1.5。系统主电路：R=0.12，Tm=0.1s；要求：系统静特性良好，无静差（静差率 s0.2）（1）该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D10） ，系统在工作范围内能稳定工作。（2）动态性能指标：转速超调量 n8%，电流超调量 i5%，动态速降 n
8、8-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s (3) 系统在 5%负载以上变化的运行范围内电流连续(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型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、数字触发器电路 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 调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工
9、作稳定，并满足动态性能指标的要求。(5)绘制 V-M 双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） 。(6)整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。题目三：三相永磁同步电动机变频调速系统设计 永磁同步电动机( PMSM)具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻,以及具有较高的效率和功率因数等优点,已广泛应用于工业机器人、数控机床、柔性制造系统等各种自动化设备领域。要求采用 DSP 处理器 TMS320LF2407 作为控制器，采用矢量控制技术，设计实现数字控制的变压变频调速系统。（1） 画出系统的硬件电路图；（2） 画出系统的软件流程图。题目四：基于 AT89C52 单片
10、机双闭环直流调速系统（贺源）本题目采用直流双闭环调速系统，使系统达到稳态无静差，调速范围 0-1500r/min,电流过载倍数为 1.5 倍，速度控制精度为 0.1%（额定转速时） 。 直流电动机的额定参数：PN=11kW、UN=230V 、IN=47.8A 、nN=1450 r/min，电枢回路电枢绕组电感 La=2.8mH，电流过载倍数 =1.5。电枢回路总电阻可取为 R=Ra+Rrec=1.8，系统机电时间常数 Tm=0.2015s，电磁时间常数 Tl=0.00278s，电动势系数 Ce=0.1290V*min/r。转速反馈系数：= 1V.min/r 电流反馈系数：= U*im/Idm=
11、1023/(71.7*2)=14.4/A。按照转速、电流反馈控制的直流电动机调速系统设计方法设计一个基于单片机的双闭环数字调速系统。(1)根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型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）设计软件。（4）整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。题目五：基于 L298 芯片 PWM 控制直流电机的闭环调速系统以 XX 单片机作为控制器，通过 PWM 口对 L298 驱动芯片进行控制，驱动直流电机，实现直流电机转速的调节；由光电码盘测
12、定电机的转速，构成转速负反馈；设计相应的软件流程或程序。（1） 设计系统原理图；（2） 设计软件流程图。（3） 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。题目六：设计三环结构的伺服系统以伺服电机为对象，设计具有三环结构（电流环、速度环、位移环）的伺服系统，并用仿真编程软件（matlab）画原理图，输出波形图。（1） 设计伺服系统原理图；（2） 设计软件流程图。（3） 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。题目七：三相交流电机 SPWM 变压变频调速系统一、 设计初始条件给定：1.三相异步电机参数：额定功率： ；额定电压： ；额定电流：7.5NPKW380NUV；额定转速
13、： ；效率： ；功率因数：cos=0.85；过载系15.6NIA140/minNnr%86数：=2.2；电压波动：10%；极 对 数：P=2。2.进线交流电源：三相 380V，频率 50Hz 。3.性能指标：调速范围 5：1，转速稳态精度在 10以内，额定转速和额定负载时装置效率高于 0.9，功率因数高于 0.85，电网电压波动 10时，输出电压波动不大于 5。4.采用 SPWM 控制算法，控制三相异步电动机实现变压变频调速系统。二、设计要求: 1对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证，说明系统工作原理。2. 画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程。3. 对项目设计结果进行
14、分析。4. 画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。5.课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全。题目八：PWM 双闭环直流脉宽调速系统设计1.设计参数调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻 Ra=0.2,允许过载倍数 = 1.5;电枢回路总电阻:R= 0.5,电枢回路总电感:L= 15mH,电动机轴上的总飞轮力矩:GD2= 22.5Nm2,晶闸管装置:放大系数 Ks=40,电流反馈系数:=0.05V/A,转速反馈系数:=0.007Vmin/r,滤波时间常数:T oi=0.
15、002s ,Ton=0.01s(1) 稳态指标:转速无静差;(2) 动态指标:电流超调量 i5%,空载起动到额定转速的转速超调量 n10%2.设计要求（1） 画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程。（2）对项目设计结果进行分析。（3）画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。（4）课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全。题目九：三相交流电机 SVPMW 变压变频调速系统1 设计内容采用 TI 公司的 DSP TMS320LF2407 为控制核心，采用 SVPWM 算法，实现三相异步电动机的调压调速系统。2 设计要求（1） 画出单元电路图，说明工作原理，给出系
16、统参数计算过程。（2）对项目设计结果进行分析。（3）画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。（4）课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全。题目十：SVPWM 在永磁直流无刷电机中的应用设计1 设计内容 (1) 电机参数：额定功率 50W，额定电压 24V，额定转速 3000rpm。(2) 以功能强大的 DSP、智能化的功率模块和先进的 SVPWM 技术实现永磁无刷直流电机的开环调速 SVPWM 技术与 SPWM 相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，在线性调制区域,它的电压利用率 SPWM 高达 15.47%。2 设计要求（1） 画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程。（2）对项目设计结果进行分析。（3）画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。（4）课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全。题目
