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1、电力拖动与运动控制系统课程设计姓 名： 专 业： 3 专 题： 双闭环直流调速系统的设计 指导教师： 设计地点： 电工电子实验中心 2012 年 4 月课程设计任务书专业年级 任务下达日期：2012年5月15日设计日期： 2012年5月21日 至 2012年6月3日设计专题题目：双闭环直流调速系统的设计设计主要内容和要求：直流调速系统凭借其优良的调速性能在现场中得到了广泛使用，虽然交流电机得到了越来越多的使用，但直流调速系统的理论完全适用于交流电机调速系统的设计。针对附录中提供的直流电机参数，进行直流电机调速系统的设计。要求该直流调速系统调速范围宽、起制动性能好、可四象限运行，具体设计内容如下
2、。1. 根据直流调速系统的要求，制定系统总体方案，主要包括如下方面：(1) 对现有的直流调速产品进行调查，并运行所学知识加以分析。要求必须给出一种具有代表性的直流调速产品，并给出系统控制框图；(2) 给出本设计中拟采用的主电路拓扑结构，并给出选择依据；(3) 采用数字处理器作为控制器，对目前调速系统中采用的数字处理器进行调查，并选择一款用于本系统的数字处理器。2. 直流调速系统的主电路设计，针对总体方案中选定的主电路拓扑结构，并结合附录中提供的直流电机参数进行如下设计：(1) 功率器件的选型，要求给出依据；(2) 针对所选择的功率器件，给出其触发或驱动电路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明；
3、(3) 根据系统控制要求，选择相应的电压、电流和温度等传感器，要求给出具体型号；(4) 要求在主回路设计中需给出相应的保护电路。3. 直流调速系统的控制理论(1) 给出双闭环直流调速系统的动态结构框图；(2) 根据直流电动机和主回路参数，确定动态结构框图的具体参数；(3) 运用工程化设计方法对直流调速系统的调节器进行参数设计，要求必须给出限幅的具体参数及依据；(4) 根据设计的PI调节器参数，要求给出带有内外限幅的PI调节器的模拟量电路图；(5) 给出直流调速系统的完整结构框图。4. 双闭环直流调速系统的Matlab仿真(1) 根据上述双闭环直流调速系统的动态结构框图，建立Matlab仿真模型
4、，并对调节器参数设计的合理性进行验证；(2) 运用Matlab/Simulink下的电机模型，建立基于电机模型的仿真模型，并对调节器的参数作出调整。5. 数字控制器的设计(1) 硬件设计：根据所选数字处理器，进行相应硬件电路的设计，要求包括PWM输出、AD采样及信号处理电路、编码器接口等；(2) 软件设计：给出双闭环直流调速系统的整体控制流程图，并给出增量式PI调节器、数字测速的程序流程框图。指导教师签字：日 期：摘 要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了
5、系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计,并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行.关键词：
6、 直流电机 直流调速系统 速度调节器 电流调节器 双闭环系统 仿真AbstractDC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth control in a wide range, bes
7、ides its control performance is excellent. Beginning with the theory of DC motor, this dissertation builts up the mathematic model of DC speed control system with double closed loops, detailedly discusses the static and dynamic state performance of the system. Afterward, according to automation ther
8、oy this papar calculates the parameters of the system. Then, this dissertation simulates and analyzes the system by means of Simulink. The results of simulation are consistent with theory calculation. Some experience was acquired through simulation. Based on the theory and simulation, this dissertat
9、ion designs a DC speed control system with double closed loops, discusses the realization of main circuit, feedback circuit, control circuit and trigger circuit. The results of experiment show that the static and dynamic state performance of this system are good, which indicate that the design can m
10、eet the requirements.Computer-aided analysis and design are carried out for speed-controlling system of the d-c motorby by using TOOL BOX and SIMULINK.Keywords: DC motor,DC governing system,speed governor,current governor,double loop control system,simulink目 录第一章 系统总体方案01.1直流调速器01.2 现有调速产品调查： 6RA70调
11、速系统01.3直流调速系统21.3.1 主电路结构及选择依据21.3.2 数字处理器的选用2第二章 直流调速系统主电路设计42.1双闭环直流调速系统硬件结构42.2主电路拓扑结构52.3桥式可逆PWM变换器52.4 器件选择82.4.1绝缘栅双极晶体管的选择82.4.2三相全波整流桥参数的计算82.4.3去耦电容92.4.4极性电容92.4.5限流电阻92.5 驱动电路102.6 保护电路112.7 泵升电压保护电路11第三章 直流调速系统参数设计133.1 双闭环直流调速系统的动态结构框图133.2电流环设计133.2.1确定时间常数143.2.2选择电流调节器参数163.2.3检验近似条件
12、163.2.4计算ACR的电阻和电容173.3转速环的设计173.3.1 确定时间常数173.3.2 ASR结构设计183.3.3 选择ASR参数183.3.4 校验近似条件183.4.5 计算ASR电阻和电容183.4.6 检验转速超调量193.4.7 校验过渡过程时间193.4 带限幅的PI调节器19第四章 双闭环直流调速系统的Matlab 仿真21第五章 数字控制器的设计235.1 硬件设计235.1.1速度检测电路235.1.2 A/D 转换电路235.1.3PWM 波形产生电路245.1.4 整流电路255.2 软件设计27附录28附录1：数字控制双闭环直流调速系统硬件结构图28附录
13、2：主电路拓扑结构图28附录3：双闭环直流调速系统的动态结构框图29附录4：双闭环直流调速系统仿真波形29附录5：器件选择30附录6：给定参数30参考文献31课程设计总结32徐海学院09级电力拖动与运动控制系统课程设计第一章 系统总体方案1.1直流调速器直流调速器是一种电机调速装置，包括电机直流调速器、脉宽直流调速器、可控硅直流调速器等，一般为模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。具有体积小、重量轻等特点，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体
14、化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。本文仅对西门子SIMOREG K 6RA23/24 系列全数字直流调速产品进行简要介绍。1.2 现有调速产品调查： 6RA70调速系统西门子SIMOREG K 6RA23/24 系列全数字直流调速产品，自在中国市场推出以来，得到了广大用户的认同。最新推出的SIMOREG DC Master 6RA70 系列全数字直流调速产品，在6RA24 产品的基础上更具有以下特点: 1. 单台装置输出额定电枢电流: 15A3000A，额定励磁电流: 3A85A。装置并联后输出额定电枢电流可达12000A。2. 输入电压分为6 个等级: 400V/460V/575V/690V/830V/950V。3. 强大的通讯能力。有SIMOLINK 高速直接的装置-装置通讯，还可支持PROFIBUS、CAN-BUS、DeviceNet、USS 协议等。4. 所有工艺板，通讯板及OP1S 操作面板都可与新一代的SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制交流调速产品通用。6RA70的应用：6RA70 SIMOREG DC MASTER 系列整流器为全数字紧凑型整流器，输入为三相电源，可向变速直流驱动用的电枢和励磁供电，额定电枢电流从15A 至3000A。紧凑型整流器可以并联使用，提供高至12000A 的电流，励磁电路可以提供
