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1、存档日期：存档编号：本科生毕业设计（论文）论文题目:直流电机双闭环调速系统设计姓名：徐震杰学院：电气工程及自动化专业：自动化班级、学号10电5110285038指导教师：甘良志江苏师范大学教务处印制摘要直流调速系统的控制一般都是由转速、电流反馈来完成的，它的静态性能和 动态性能都是十分杰出的，正是由于它的这些优点使其使用范围也很广泛。其主 要通过晶闸管可控整流电源来调节电源的大小。根据题目的设计要求，调速系统 一共有两个控制器，它们分别是转速控制器（ASR）和电流控制器（ACR）。速 度控制系统的电源电路的设计是使用三相全控桥整流电路实现的。在设计中，首 先对总体规划的设计图进行了确定。之后又
2、对主电路的结构形式以及各个元器件 进行了确定和设计。与此同时，对包括晶闸管、电抗器等元件的参数进行了计算。 在本文的最后一个部分，主要围绕本设计最重要的部分，直流调速系统的转速环 和电流环进行设计。为了使速度和电流两个负反馈可以发挥一定的作用，因此， 应该使其嵌套连接在速度和电流负反馈之间。单纯的从布局上来看的话，电流环 在转速环的内部，因此电流环被叫做内环，相应的转速环就被称为外环。这样设 计之后，以电流负反馈、转速负反馈为核心的调速系统就这样形成了。在对所有 部分设计都完成了之后，采用MATLAB对整个系统进行仿真实验，并对数据进 行分析，得出结论。关键词：直流电动机 双闭环调速系统 转速
3、负反馈 电流负反馈AbstractThe speed and current feedback control of dc speed control system has excellent static and dynamic performance and the most widely application scope. It through thyristor controlled rectifying power supply to adjust the size of the power supply mainly. According to the design requir
4、ements of the title, it uses ASR and ACR as the controller of speed control system in the control circuit. The power supply circuit of the speed control system of design uses the Sedan fully-controlled bridge rectifier circuit. Firstly, we need determine the overall plan and diagram of this design b
5、efore the design. Secondly, we need identify and design the structure of main circuit and the various components. At the same time, including the parameters of thyristor, reactor, etc. Finally, focus on the design of the most important two parts which are speed loop and current loop dc speed control
6、 system in the design. In the system were introduced speed negative feedback and current feedback and the implementation of a nested connection can realize the speed and current two kind of negative feedback effect between the two respectively. On the layout of it simply, current loop is referred to
7、 as the inner ring, because it is in the inside. Speed ring is called the outer ring, because current loop is in the interior of the speed loop. Through this design, the core of the double closed loop speed regulation system: speed negative feedback and current feedback is formed. After all parts of
8、 the design is done, using MATLAB simulation to do the experiments to the whole system and analyze the data, we can safely draw the conclusion.Keywords: DC motor; double closed loop; speed ring; current loop目录摘 要IAbstract II1 概述11.1 直流调速系统的概述11.2 研究课题的目的和意义11.3 国内外研究现状21.4 设计内容和要求21.4.1 设计要求 21.4.2
9、设计内容 22 双闭环直流调速系统设计框图 33 双闭环直流调速系统的工作原理和数学模型 43.1 双闭环直流调速系统的工作原理43.1.1 转速控制的要求和稳态调速性能指标 43.1.2 直流调速系统所要解决的两个基本问题 53.1.3 直流双闭环调速系统原理框图 63.1.4 双闭环直流调速系统的动态过程分析 73.1.5 数学模型的参数的确定 94 系统主电路的结构 114.1 主电路拓扑结构的确定114.1.1 可控直流电源的选择 114.1.2 主电路原理图 124.2 在额定励磁下直流电动机的数学模型125 主电路各器件的选择和参数计算 145.1 主电路保护电路的设计的必要性14
10、5.1.1 过电压保护设计 155.1.2 过电流保护设计 165.2 整流变压器和晶闸管的选择与计算165.2.1 整流变压器的计算 175.2.2 晶闸管参数的计算 175.2.3 平波电抗器参数的计算 186 利用工程设计的方法设计电流、转速反馈控制调节器 196.1 主要设计内容196.2 工程设计的基本步骤196.3 设计所需要的基本数据与设计指标206.3.1 基本数据 206.3.2 设计所要求的指标 216.4 用工程设计方法设计电流调节器226.4.1 电流调节器的设计及其动态结构框图的简化 226.4.2 电流环时间常数的确定 236.4.3 电流调节器的设计 236.4.
11、4 电流环参数计算 246.4.5 校验近似条件 266.4.6 电流环的跟随性能指标 266.5 用工程设计方法设计转速调节器276.5.1 电流环的等效传递函数 276.5.2 转速调节器动态结构框图的简化 276.5.3 转速调节器的设计 286.5.4 转速调节器参数的计算 306.5.5 转速环性能指标的检测 327 双闭环直流调速系统的数字仿真 337.1 基于工程设计的方法的数字仿真337.2 结果分析348 结 论 37致 谢38参考文献 391 概述1.1 直流调速系统的概述直流电动机在近三十多年的时间里在很多方面都有了很大的改进，特别是在 调速控制方面，其变革是十分重大且有
12、意义的。代表着先进技术的晶闸管整流技 术以一种全新的姿态代替了我们已经应用了很久的其他整流技术，其中最具有代 表性就是直流发电机组，不得不说，这种变化使电驱动完成了跨时代的飞跃。而 且随着科学技术的日益更新，调速控制电路已经逐步实现了高密集化、高可依赖 性和低成本等特点，这些特点也使得直流调速系统的性能不止进步了一点点，而 且其应用范畴也随着这一改变而有了更大的突破。直流调速技术由于其成熟完 美，系列化、标准化，使之很难在电驱动PWM调速领域被取代。充分迎合工作设 备的要求，通过各种方法改变直流电机的转速被称之为直流调速。为了改变电动 机各方面的性能以及它的稳速状态，必须从其机械特性入手，尽可
13、能的改变它的 外部电压或者结点参数。尽管交流调速系统随着调速技术以及电力电子技术的发 展，正在不断地吞噬着直流调速系统的领地，但是就目前的大体局势看来，直流 调速系统在根本上还是整个调速系统的主流，仍然在自动调速系统中占领着不可 撼动的地位。在我国很多的工业部门中，比如冶炼轧钢、采矿、纺织造纸业等依 旧是直流调速系统占主导地位。直流调速系统不仅是交流调速系统的基础，而且 其理论和实践相比于交流调速更为成熟完善，所以直流调速系统不仅在调速领域 有着至关重要的地位，而且与我们的生活是密不可分的。1.2 研究课题的目的和意义双闭环直流调速相比于单闭环直流调速，在抗干扰性能方面是十分突出的， 其中，P
14、I调节器在直流双闭环调速系统中的作用是十分巨大的，首先他能够消 除负载转矩对稳态速降的扰动，使系统更加趋向于稳定，并且还可以达成系统的 转速稳态无静差，与此同时，利用电流截止负反馈限制电枢电流对系统产生的冲 击，但是假如电枢电流是动态的而不是静态的，然后单闭环直流调速系统电流就 不能任意的控制了。要想解决这一问题，就必须在调速系统中引入两个十分重要 的负反馈：转速和电流负反馈。而且双闭环调速系统相比于直流单闭调速系统， 在抗干扰性能，特别是抗电网电压扰动方面有了质的飞跃。矛盾的存在在于，在 设计调节器的时候必须考虑到很多方面，比如稳定性、快速性以及抗干扰性等， 而在使用经典的动态校正方法时，同
15、时考虑整个系统的动态性能和静态性能，是 一个很难权衡的过程1。 建立一个实用易行的设计方法在这个时候就显得十分必 要和急迫，同时进行这个设计的设计人员的理论基础以及他的实践能力都是不可 或缺的，刚刚进入调速领域的人是不可能轻易的掌握其中的诀窍的。低阶系统可 以被用来近似成很多系统，例如在在电力驱动领域中，十分具有代表性和先进性 的自动控制系统。因此在进行设计之前，我们可以事先研究这个体系以及图标， 将实际的系统利用低阶系统校正简化，设计过程就能相应的简化了，可能产生的 工程设计方法就可以大大提高。1.3 国内外研究现状电机控制技术在近三十多年发生了史无前例的变化，其最根本的原因不仅仅 是电力电子技术，同时还有自动控制技术有了翻天覆地的进步。在 20世纪，特 别是 70 年代，单片机由于其出众的性能，被广泛的应用于制作电机调速系统中 最重要的部分控制器。恰恰是由于单片机的应用，电机的速度控制系统，特别 是性能方面有了很大的提高。与此同时，微机也开始出现，并且由于其出众的性 能使之频繁的被用于完成各式各样的控制系统。自 80 年代中后期起，伴随着数字化控制这一理念，数字化调速装置不断的 被世界各大电气公司所研发。极其高的精度、优良的控制性能加上无可比拟的抗 干扰能力为数字化直流调速装置在控制平台占
