自动化11级课程设计任务书

控制系统设计任务书2013-2014第2学期设计专题题目：双闭环直流调速系统的设计一、课程设计的目的课程设计是教学计划规定的一个重要教学环节，是一个综合运用所学知识解决工程实际问题的过程。本课程设计不仅需要控制理论、硬件设计、程序设计等方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。设计包括明确控制系统要求、系统总体方案设计、系统仿真、硬件系统设计、控制软件的设计等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。课程设计需要提供设计报告，通过提交设计报告提高学生们编写报告的水平。二、设计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：1. 绪论介绍直流调速在工业生产中的应用及直流调速理论的发展，通过调查市场上的直流调速产品，了解目前直流调速产品的结构与功能。2. 直流调速系统的主电路设计(1) 根据提供的直流电动机参数，选择相应的主电路形式，主电路主要采用两种形式：基于H桥的直流脉宽调速系统、晶闸管电动机直流调速系统。(2) 根据附录中所提供的直流电机参数和选择的主电路形式，对主电路中的功率器件进行型号选择，并要求给出选择依据；(3) 根据选择的主电路拓扑结构所采用的电力电子器件，设计或选择电力电子器件的驱动电路。要求给出所设计或选择的晶闸管触发电路、全控型器件IGBT驱动电路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明。(4) 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；(5) 要求在主回路设计中需给出相应的保护及缓冲电路；(6) 列出所选用主电路的器件清单(包括：名称、型号、厂商、数量、参考价格)。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，掌握双闭环直流调速系统的起动过程与特点；(2) 根据提供的直流电动机参数和所设计的电力电子变换环节参数，确定动态结构框图各环节的具体参数；(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，以表格的形式总结所设计的转速调节器、电流调节器的参数；(4) 利用Protel软件绘制带有内外限幅的PI调节器的模拟电路图，要求根据设计的PI调节器参数确定调节器中电阻和电容的参数；(5) 给出确定各环节参数后的直流调速系统完整结构框图。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，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。三、参考资料1 陈伯时，电力拖动自动控制系统运动控制系统（第4版)M.北京：机械工业出版社,2009.2 陈伯时，电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版)M.北京：机械工业出版社,2005.3 汤蕴缪，等.电机学(第三版).北京：机械工业出版社，2007.4 谢克明，等.自动控制原理(第二版).北京：电子工业出版社，2008.5 王兆安，等.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2000.6 洪乃刚，电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真，北京：机械工业出版社，2006.附录：直流电机参数直流电机1：额定功率Pe=3kW；额定电压Ue=220V额定电流Ie=17.3A；额定转速ne=1500r/min 电枢回路总电阻R=2.5; 电磁时间常数Tl=0.017s;机电时间常数Tm=0.076s；电动势系数Ce=0.1352V/（r.min-1 )直流电机2：额定功率: 2.2kW 额定电压:220V额定电流:Ie=12.5A 额定转速: ne=1500r/min电枢回路总电阻R=2.5; 电磁时间常数Tl=0.010s;机电时间常数Tm=0.073s；电动势系数Ce=0.1352V/（r.min-1 )直流电机3：额定功率Pe=1.5kW；额定电压Ue=156V额定电流Ie=11.5A；额定转速ne=1000r/min 电枢回路总电阻R=2.4; 电磁时间常数Tl=0.004s;机电时间常数Tm=0.07s；电动势系数Ce=0.144V/（r.min-1 )直流电机4：额定功率Pe=15KW；额定电压Ue=440V额定电流Ie=39.3A；额定转速ne=1510r/min 电枢回路总电阻R=0.806; 电磁时间常数Tl=0.0167s;机电时间常数Tm=0.76s；电动势系数Ce=0.270V/（r.min-1 )直流电机5：额定功率Pe=18KW；额定电压Ue=220V额定电流Ie=94A；额定转速ne=1000r/min 电枢回路总电阻R=0.45; 电磁时间常数Tl=0.0297s;机电时间常数Tm=0.427s；电动势系数Ce=0.2059V/（r.min-1 )直流电机6：额定功率Pe=10KW；额定电压Ue=220V额定电流Ie=55A；额定转速ne=1000r/min 电枢回路总电阻R=0.6; 电磁时间常数Tl=0.00833s;机电时间常数Tm=0.045s；电动势系数Ce=0.1925V/（r.min-1 )直流电机7：额定功率Pe=11KW；额定电压Ue=230V额定电流Ie=47.8A；额定转速ne=1450r/min 电枢回路总电阻R=1.8; 电磁时间常数Tl=0.00278s;机电时间常数Tm=0.2015s；电动势系数Ce=0.1290V/（r.min-1 )直流电机8：额定功率Pe=3.7kW；额定电压Ue=220V额定电流Ie=20A；额定转速ne=1000r/min 电枢回路总电阻R=1.5; 电磁时间常数Tl=0.018s;机电时间常数Tm=0.080s；电动势系数Ce=0.206V/（r.min-1 )直流电机9：额定功率Pe=60kW；额定电压Ue=220V额定电流Ie=308A；额定转速ne=1000r/min 电枢回路总电阻R=0.18; 电磁时间常数Tl=0.012s;机电时间常数Tm=0.120s；电动势系数Ce=0.196V/（r.min-1 )直流电机10：额定功率Pe=200W；额定电压Ue=220V额定电流Ie=1.2A；额定转速ne=1600r/min 电枢回路总电阻R=5.2; 电磁时间常数Tl=0.0091s;机电时间常数Tm=0.4825s；电动势系数Ce=0.1290V/（r.min-1 )直流电机11：额定功率Pe=3kW；额定电压Ue=160V额定电流Ie=24A；额定转速ne=1540r/min 电枢回路总电阻R=0.785; 电磁时间常数Tl=0.00306s;机电时间常数Tm=0.09437s；电动势系数Ce=0.0917V/（r.min-1 )直流电机12：额定功率Pe=15kW；额定电压Ue=160V额定电流Ie=120A；额定转速ne=1000r/min 电枢回路总电阻R=0.4; 电磁时间常数Tl=0.023s;机电时间常数Tm=0.2s；电动势系数Ce=0.136V/（r.min-1 )直流电机13：额定功率Pe=1.5kW；额定电压Ue=220V额定电流Ie=8.7A；额定转速ne=1500r/min 电枢回路总电阻R=5.26; 电磁时间常数Tl=0.021s;机电时间常数Tm=0.016s；电动势系数Ce=0.132V/（r.min-1 )直流电机14：额定功率Pe=22kW；额定电压Ue=220V额定电流Ie=116A；额定转速ne=1500r/min 电枢回路总电阻R=0.112; 电磁时间常数Tl=0.