三峡大学电气工程及其自动化毕业论文

毕业设计（论文）题目 双闭环直流电机调速系统设计 学生姓名学号 专业指导教师 评阅教师 完成日期 毕业设计（论文）课题任务书（ 2015 -2016 学年）学院名称：电气信息学院课题名称 直流电机的双闭环控制学生姓名 专业 电气工程及其自动化 学号指导教师 任务书下达时间 2016 年 11 月 10 日课题概述：在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，且要求有良好的静、动态性能。由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，其控制系统在理论上和实际上都比较成熟，故在许多工业部门有着广泛的应用。直流调速系统动态参数的工程设计方法的目的是为了把实际系统的数学模型校正成典型系统的形式，就可以利用现成的公式和图表进行计算，使设计过程大为简便。并采用计算机技术通过实际的例子来完成一台中、小直流电动机的调速控制。直流电机的双闭环控制可以提高系统的静、动态特性。要求阅读或检索的参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）：1计晶. 基于 DSP 的无刷直流电机调速系统的设计与实现D.北京印刷学院,2015.2张艺 . 大功率直流电机调速系统的研究与设计D. 大连海事大学,2008.3李永龙,李祖枢 ,王牛. 直流电机双闭环调速系统(DLM)的建模与辨识J. 控制理论与应用,2008,06:1077-1080.4张传伟,郭卫. 直流电机双闭环调速系统仿真研究J. 机床与液压,2005,02:128-129+112.5肖金凤,盛义发 ,徐祖华,周到. 模糊-PID 混合控制直流电机调速系统设计J. 微电机,2011,05:56-59+96.6董燕飞. 基于 MSP430 的直流电机 PWM 调速双闭环控制系统设计 J. 煤矿机械,2010,06:206-208.7方炜 ,张辉, 刘晓东. 无刷直流电机双闭环控制系统的设计J. 电源学报 ,2014,02:35-42.8唐拥林. 双闭环直流电机调速系统设计改进J. 煤矿机械,2016,03:18-20.9王军 ,冯能莲, 张春强,张星宇. 无刷直流电机模糊与 PI 双闭环调速系统的研究J. 安徽农业大学学报,2016,04:662-666.10姚培阳 曹锦 常勇昌 张科英 李峰 自动控制原理清华大学出版社 2005 年 03 月 01 日11史国生 交直流调速系统 化学工业出版社 2004 年 01 月 01 日12 赵秀菊等编 单片微机与测控技术东南大学出版社 1996 年13李树雄主编 可编程控制器与应用教程 北京：北京航空航天大学出版社 2003/914王永华主编 现代电气及可编程控制技术 北京：航空航天大学出版社 2002/915JAIP.AGRAWAL POWER ELECTRONIC SYSTEMSTHEORY AND DESINGTsinghua University Press 2006.316 Palm.Scaling of fuzzy controller using cross-correlation.IEEE Trans on fuzzy system.1995,1(3)17Miller,A.Trends in process control system security,IEEE Security current regulator ; speed regulator3 绪 论1.1 直流调速系统的概述三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。1.2 为何要采用直流双闭环调速同 开 环 控 制 系 统 相 比 ， 闭 环 控 制 具 有 一 系 列 优 点 。 在 反 馈 控 制 系 统 中 ， 不 管 出 于 什 么原 因 （ 外 部 扰 动 或 系 统 内 部 变 化 ） ， 只 要 被 控 制 量 偏 离 规 定 值 ， 就 会 产 生 相 应 的 控 制 作用 去 消 除 偏 差 。 因 此 ， 它 具 有 抑 制 干 扰 的 能 力 ， 对 元 件 特 性 变 化 不 敏 感 ， 并 能 改 善 系 统 的响 应 特 性 。 由 于 闭 环 系 统 的 这 些 优 点 因 此 选 用 闭 环 系 统 。单 闭 环 速 度 反 馈 调 速 系 统 ， 采 用 PI 控 制 器 时 ， 可 以 保 证 系 统 稳 态 速 度 误 差 为 零 。 但是 如 果 对 系 统 的 动 态 性 能 要 求 较 高 ， 如 果 要 求 快 速 起 制 动 ， 突 加 负 载 动 态 速 降 小 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 要 求 来 控 制 动 态 过 程的 电 流 或 转 矩 。 另 外 ， 单 闭 环 调 速 系 统 的 动 态 抗 干 扰 性 较 差 ， 当 电 网 电 压 波 动 时 ， 必 须 待转 速 发 生 变 化 后 ， 调 节 作 用 才 能 产 生 ， 因 此 动 态 误 差 较 大 。在 要 求 较 高 的 调 速 系 统 中 ， 一 般 有 两 个 基 本 要 求 ： 一 是 能 够 快 速 启 动 制 动 ； 二 是 能 够快 速 克 服 负 载 、 电 网 等 干 扰 。 通 过 分 析 发 现 ， 如 果 要 求 快 速 起 动 ， 必 须 使 直 流 电 动 机 在 起动 过 程 中 输 出 最 大 的 恒 定 允 许 电 磁 转 矩 ， 即 最 大 的 恒 定 允 许 电 枢 电 流 ， 当 电 枢 电 流 保 持 最大 允 许 值 时 ， 电 动 机 以 恒 加 速 度 升 速 至 给 定 转 速 ， 然 后 电 枢 电 流 立 即 降 至 负 载 电 流 值 。 如果要求快速克服电网的干扰，必须对电枢电流进行调节。以上两点都涉及电枢电流的控制，所以自然考虑到将电枢电流也作为被控量，组成转速、电流双闭环调速系统。1.3 研究课题的目的和意义在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比4 单闭环系统小得多。用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，而初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。大多数现代的电力拖动自动控制系统均可由低阶系统近似。若事先深入研究低阶典型系统的特性并制成图表，那么将实际系统校正或简化成典型系统的形式再与图表对照，设计过程就简便多了。这样，就有了建立工程设计方法的可能性。直流调速系统的方案设计2.1设计内容和要求2.1.1 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形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。3. 驱动控制电路的选型设计。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。5 绘制 VM 双闭环直流不可逆调速系统电器原理图，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。2.1.2 设计要求（假想参数）：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。10D2. 系统静特性良好，无静差（静差率 ） 。2S3. 动态性能指标：转速超调量 ，电流超调量 ，动态最大转速降8%n5i，调速系统的过渡过程时间（调节时间） 。8%n 1st4. 系统在 5%负载以上变化的运行范围内