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1、运动控制系统课程设计专 业： 自动化 设计题目：双闭环直流电机调速系统设计班级：学生姓名：学号：指导教师： 分院院长： 教研室主任： 电气工程学院一、课程设计任务书 1.设计参数 三相桥式整流电路，已知参数为：PN=555KW,UN=750V,IN=760A,nN=375r/min,电动势系数Ce=1.82V.min/r,电枢回路总电阻R=0.14，允许电流过载倍数=1.5，触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时间常数Tl=0.031s,机电时间常数Tm=0.112s电流反馈时间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.02s。且调节器输入输出电压U*nm=U*in=U*cm
2、=10V,调节器输入电阻R0=40K。2.设计内容1）根据题目的技术要求，分析论证并确定闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。2） 建立双闭环调速系统动态数学模型。3）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。4） 利用MATLAB进行双闭环调速系统仿真分析，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。3.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（），系统在工作范围内能稳定工作。2）系统静特性良好，无静差（静差率）。3）动态性能指标
3、：转速超调量n10%，电流超调量，动态最大转速降，调速系统的过渡过程时间（调节时间）。4)系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。5)主电路采用三项全控桥。4. 课程设计报告要求 1）、要求在课程设计答辩时提交课程设计报告。2）、报告应包括以下内容：A、系统各环节选型双闭环直流调速系统的工作原理调节器的工程设计Simulink仿真B、系统调试过程介绍，在调试过程中出现的问题，解决办法等；C、课程设计总结。包括本次课程设计过程中的收获、体会，以及对该课程设计的意见、建议等；D、设计中参考文献列表；E、报告使用B5纸打印，全文不少于2000字。5. 参考资料1 朱仁初，万伯任.电力拖动控制系统
4、设计手册M.北京：机械工业出版社，1994.2 王兆安，黄俊.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2006.3 陈伯时. 电力拖动自动控制系统-运动控制系统M,第三版. 北京:机械工业出版社, 2007年6月4 孔凡才晶闸管直流调速系统M北京:北京科技出版社，19855 段文泽，童明倜.电气传动控制系统及其工程设计M.四川：重庆大学出版社,1989.10.6 运动控制系统课程设计指导书. 6. 设计进度（2012年12月3日至12月14日）时 间设计内容12月3日布置设计任务、查阅资料12月4日-12月7日方案论证及总体设计12月10日-12月13日系统调试及整理课程设计报告12月14日课程
5、设计答辩7. 课程设计时间及地点2012年12月3日2012年12月14日上午8：0011：00；下午13：0016：00二、评语及成绩考核项目考核内容评估标准等级完成情况（50）方案设计（15）优：设计方案合理，内容正确，有独立见解或创造性；良：方案正确，有一定见解； 中：设计方案及内容基本正确，分析问题基本正确，无原则性错误； 及：设计方案及内容基本合理，分析问题能力较差，但无原则性错误；不及：设计方案不合理，有严重的原则性错误；优良中 及不及技术指标（20）优：各项指标均完全达到良：各项指标基本达到，只有一项指标有微小差距中：有一项指标没有达到及：有两项指标没有达到不及：有三项指标以上没
6、有达到优良中 及不及设计报告（15）优：设计报告内容正确，完整，规范，图面质量好，且符合国家制图标准；良：设计报告内容正确，较完整，规范，图面质量较好，且符合国家制图标准；中：设计报告内容有个别错误，较完整，较规范，图面质量一般； 及：设计报告内容基本正确完整，较规范，有多个错误；不及：设计报告内容中不加消化，照搬照抄；优良中 及不及综合能力（30）设计实施能力（15）优：能够自行利用现有资料，对设计方案进行合理分析，方案确定正确，程序设计合理，工具软件使用熟练；良：在教师指导下能够利用现有资料，对设计方案进行合理分析，方案确定正确，程序设计合理，工具软件使用熟练；中：在教师指导下能够利用现有
7、资料，对设计方案进行合理分析，方案确定较正确，程序设计较合理，工具软件使用较熟练；及：教师指导参与过多，才能够利用现有资料，对设优良中 及不及考核项目考核内容评估标准等级综合能力（30）设计实施能力（15）计方案进行检验，程序设计较合理，工具软件使用较熟练；不及：不能在教师指导下完成规定的设计方案检验。故障处理能力（15）优：能够自行对硬件和程序出现的问题，进行合理、高效的解决；良：在教师指导下能够较好处理硬件和程序出现的问题，并能够消化吸收；中：在教师指导下能够基本处理硬件和程序出现的问题，有一定的分析能力；及：教师指导参与过多，才能够完成硬件和程序出现的问题；不及：不能在教师指导下完成故障
8、的处理。优良中 及不及基本素质（20）安全文明操作（10）优：没有发生任何安全事故和设备、设计现场整齐规范；良：没有发生任何安全事故和设备，设计现场较整齐规范；中：没有发生任何安全事故和设备，设计现场欠整齐；及：没有发生安全事，现场长期脏、乱差，或造成材料浪费不及：发生安全事，或现场长期脏、乱差，或造成材料浪费优良中 及不及劳动纪律（10）优：能完全遵守课程设计管理制度和作息制度，无违纪行为良：能遵守课程设计管理制度和无旷工行为，迟到/早退1次中：能遵守课程设计管理制度和无旷工行为，迟到/早退2次及：违反守课程设计管理制度，或有1次旷工、或迟到/早退3次不及：劳动纪律出现重大问题，取消成绩优良
9、中 及不及总成绩：指导教师:等级评分标准：优=90上，良=8980,中=7970,及=6960，不及=60下目 录第一章 双闭环直流调速系统的工作原理11.1 双闭环直流调速系统的介绍11.2 双闭环直流调速系统的组成21.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性31.4 双闭环直流调速系统的数学模型41.4.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型41.4.2 起动过程分析5第二章 调节器的工程设计82.1 调节器的设计原则82.2 型系统与型系统的性能比较82.3 电流调节器的设计92.3.1 结构框图的化简和结构的选择92.3.2 时间常数的计算112.3.3 选择电流调节器的结构112.
10、3.4 计算电流调节器的参数122.3.5 校验近似条件122.3.6 计算调节器的电阻和电容132.4 转速调节器的设计142.4.1 转速环结构框图的化简142.4.2 确定时间常数152.4.3 选择转速调节器结构152.4.4 计算转速调节器参数162.4.5 检验近似条件162.4.6 计算调节器电阻和电容17第三章 Simulink仿真183.1 脉冲同步触发器子系统构建183.2 转速环的仿真设计193.3 双闭环直流调速系统的仿真设计20总结21参考文献22第一章 双闭环直流调速系统的工作原理1.1 双闭环直流调速系统的介绍双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛
11、，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流Idcr值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止负
12、反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-（a）所示。当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。图1-1 调速系统起动过程的电流和转速波形在实际工作中，我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形如图1-（b）所示，这时，启动电流成方波而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。实际上，由于主电路电
13、感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。1.2 双闭环直流调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连
14、接，如图1-2所示，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳和准为主，图1-2 转速、电流双闭环直流调速系统图中U*n、Un转速给定电压和转速反馈电压；U*i、Ui电流给定电压和电流反馈电压； ASR转速调节器； ACR电流调节器；TG测速发电机；TA电流互感器；UPE电力电子变换器1.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性图1-3双闭环直流调速系统的稳态结构图双闭环直流系统的稳态结构图如图1-3所示，分析双闭环调速系统静特性的关
