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1、太原理工大学阳泉学院 电力拖动自动控制系统课程设计设计题目:某钻床直流双闭环逻辑无环流调速系统中电流调节器及转速调节器的设计 专 业： 自动化 班 级： 自动化 学 号： 060712022 姓 名： 周婷婷 电力拖动自动控制系统课程设计任务书某钻床直流双闭环逻辑无环流调速系统中电流调节器及转速调节器的设计一.课程设计目的1.课程设计的目的自动控制系统课程设计是电气工程及其自动化专业的重要教学环节之一，它以电力拖动，自控原理，电力电子，自控系统为基础，综合内容多，涉及知识面宽。课程设计的宗旨在于综合、深化和运用本课程所学知识，从整体上全面掌握电力传动系统的工程设计基本步骤，了解工程设计的基本要
2、求，为将来进一步掌握该类系统的分析与研究、设计和调试，以及运行维护、检修等打下坚实的基础。2.课程设计的预备知识本课程前具有高等数学，大学物理，电路原理，模拟电子技术，数字电子技术，电机拖动基础，自动控制原理，电力电子技术和自动控制系统等方面的知识基础。3.课程设计要求完成控制系统设计。1.选择控制系统的控制方案。2.画出系统控制图并计算有关参数。3.设计电流调节器、转速调节器，选择相关的电路元件。如果采用微机控制，则要求确定算法及软件流程图。二.设计任务1.任务的提出为某钻床设计一个调速范围宽、起制动性能好的直流双闭环调速系统，且拟定该系统由大功率晶体管调制放大器给电动机供电。已知系统中直流
3、电动机主要数据如下：直流电动机：2KW，220V，136A，1460 r/min，Ce=0.132，允许过载倍数=1.5；晶闸管装置放大系数：Ks=40；电枢回路总电阻：R=0.5；时间常数：Tl=0.03，Tm=0.18；电流反馈系数：=0.05V/A（10V/1.5In）；转速反馈系数：=0.007 min/r（10V/ nn）。设计要求：设计电流调节器，要求电流超调量i%5% 要求转速无静差，空载起运到额定转速时的转速超调量n%10%。按工程设计方法设计转速调节器，并校验转速超调量的要求能否得到满足。 2、设计内容及步骤(1)系统方案的确定a.基本系统方案选择b.调节器类型的选定(2)硬
4、件系统设计a基本系统电路设计b调节器电路设计 (3)分析设计a性能指标分析b参数计算、整定(4)撰写设计报告报告目录第1章 设计任务及内容第2章 主电路选型和闭环系统的组成第3章 调速系统参数计算第4章双闭环系统调节器的动态设计第5章设计体会注：设计说明书排版规范，语言通顺流畅，绘制符合工程要求，标注齐全。三、进度安排序号课程设计（论文）内容所需时间备注1设计工艺要求 方案选择 4小时半天2主回路参数及计算4小时半天3控制单元设计4小时半天4系统动态参数计算4小时半天5整理设计的具体内容，写出说明书大纲草稿8小时1天6检查修改说明书草稿8小时1天7画图，写说明书 教师辅导24小时3天8教师检查
5、说明书、修改并装订8小时1天9答辩前工作准备8小时1天10评阅小计约80学时四、课程设计要求设计认真，独立按时完成全部设计，内容完整，分析计算正确，层次清晰，没有错误，说明简要透彻，排版规范，语言通顺流畅，绘制符合工程要求，标注齐全。文字6000 8000字，装订成册。本设计报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，主电路和闭环系统确定下来后，重在对电路各元件参数的计算和器件的选型，包括整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流和转速调节器的参数计算。最后给出参考资料和设计体会。专业班级 学生 课程设计（论文）工作起止日期 指导教师签字 日期 教研室主任审查签字 日期 系主任
6、批准签字 日期 目录第一章 设计任务分析-11.1课题的内容与要求-11.2系统概述-1第二章主电路分析和双闭环调速系统的组成-12.1主电路分析-12.2双闭环调速系统的组成-2第三章电流、转速调节器的设计-33.1电流调节器-33.1.1电流调节器原理图-43.1.2电流调节器参数选择-43.2转速调节器-53.2.1转速调节器原理图-63.2.2转速调节器参数选择-6第四章 设计总结-7附录 参考文献-9第一章 设计任务分析1.1 课题的内容与要求设计题目：某钻床直流双闭环逻辑无环流调速系统中电流调节器及转速调节器的设计为某钻床设计一个调速范围宽、起制动性能好的直流双闭环调速系统，且拟定
7、该系统由大功率晶体管调制放大器给电动机供电。已知系统中直流电动机主要数据如下：直流电动机：2KW，220V，136A，1460 r/min，Ce=0.132，允许过载倍数=1.5；晶闸管装置放大系数：Ks=40；电枢回路总电阻：R=0.5；时间常数：Tl=0.03，Tm=0.18；电流反馈系数：=0.05V/A（10V/1.5In）；转速反馈系数：=0.007 min/r（10V/ nn）。设计要求：设计电流调节器，要求电流超调量i%5%,要求转速无静差，空载起运到额定转速时的转速超调量n%10%。按工程设计方法设计转速调节器，并校验转速超调量的要求能否得到满足。1.2 系统概述直流电动机具有
8、良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广泛的直流调速系统，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。转速、电流调速系统可以实现在允许条件下的最快起动，可以再保证系统稳定的前提下实现转速无静差。当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路。这就是逻辑控制的无环流系统。它的特点是：用逻辑切换装置封锁不工作组晶闸管的触发脉冲，开放工作组晶闸管的触发脉冲，在任何时候不准两组晶闸管都有脉冲
9、，从而切断了产生环流的通路，实现了无环流控制。在实际生产中，有许多机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地启动和制动，逻辑无环流直流调速系统设计即可较好地实现这些功能，并具有较好的动态性能和能量利用率。因此，我们选择这样的系统不仅可节省成本，而且增强了系统的可靠性。第二章 主电路分析和双闭环调速系统的组成2.1主电路分析用逻辑切换装置封锁不工作组晶闸管的触发脉冲，开放工作组晶闸管的触发脉冲，在任何时候不准两组晶闸管都有脉冲，从而切断了产生环流的通路，实现了无环流控制。主电路采用两组晶闸管装置交叉连接，由于没有环流，不用再设置环流电抗器。但为了保证稳定运行时电流波形连续，仍应保留平
10、波电抗器。控制线路采用典型的转速，电流双死循环系统。图2-1：逻辑无环流调速系统原理图逻辑无环流调速系统的主回路由两组反并联的三相全控整流桥VF、VR组成，两组可控整流桥之间可省去限制环流的均衡电抗器，电枢回路仅串联一个平波电抗器。控制系统主要由给定器G，零速封锁起DZS，转速调节器ASR，电流调节器，反号器AR，转矩极性辨别器DPT，零电流检测器DPZ，无环流逻辑控制器DLC,，触发器GT，电流变换器FBC，过流保护器FA，速度变换器FBS，正、反组脉冲放大器AP1、AP2等组成。其系统原理图如图2-1所示。无环流逻辑控制器DLC的输出保证在任何情况下两组桥都不会同时触发，始终是一组工作，另
11、一组封锁，系统工作过程不会出现环流。2.2双闭环调速系统的组成图2-2：直流双闭环调速系统由于调速系统的主要被控量是转速，故把转速负反馈组成的环作为外环，以保证电动机的转速准确跟随给定电压，把由电流负反馈组成的环作为内环，把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。这样构成的双闭环直流调速系统。第三章 电流、转速调节器的设计双闭环调速系统的实际动态结构框图如图3-1所示，图3-1：双闭环调速系统的实际动态结构框图双闭环调速系统的实际动态结构框图如图2-3所示，它增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数按需要选定，以
