自动控制系统课程设计指导

1、自动控制系统课程设计指导一、 课程设计的性质和目的性质：本课程是自动化专业的专业课，是一个实践性很强的教学环节。目的：运用自动控制原理、电力拖动自动控制系统、电力电子技术等理论知识，对以电动机为对象的自动控制系统进行控制参数整定与实验研究，进一步巩固和提高控制系统观念，熟悉和掌握所学的理论知识。综合运用专业知识与计算机仿真技术，对直流传动系统研究，掌握在计算机环境下设计并调试整个控制系统的方法。通过课程设计，加强自动控制系统基本理论的学习和基本技能的训练，启发学生创新思维以及独立解决实际问题的能力。二、 课程设计内容及学时分配课程内容学时分配复习相关知识，查阅资料1天控制参数设计与整定分析结果

2、，得出结论2.5天撰写设计论文1天答辩0.5天三、 课程设计教学基本要求1、 综合运用自动控制系统课程中所学到的理论知识去独立完成一个自动控制系统课程设计课题。2、 通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。3、 进一步熟悉实用的自动控制系统类型和特性，并掌握合理选用的原则。4、 学会撰写自动控制系统课程设计论文。5、 培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。6、 遵守纪律，注意用电安全。四、 课程设计选题本课程设计分两部分内容，分别为直流调速部分和交流调速部分，具体内容及要求详见下表：序号设计题目名称1V-M双闭环不可逆直流调速系统设计2采用三相交流调压技术设计一个转

3、速开环交流调速系统，观察电动机的电流、转速和转矩曲线。3采用三相SPWM技术设计一个转速开环变频调速系统，观察电动机的电流、转速和转矩曲线4自选题目（经指导老师同意后可做）主要技术指标和要求：要求学生能够自己独立的查阅有关资料，并根据自己所选的题目对资料进行筛选，最后设计出正确的结果。方案选择及工作原理：理论上要设计出题目及技术指标所规定的系统，并进行仿真。学生自主设计，教师点评。设计成果的要求：设计的过程要认真分析，达到设计所要求的内容，不许缺项，计算数据正确，最后撰写课程设计报告。五设计内容：1根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图2

4、调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）3驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可）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调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求5绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）6整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书直流调速部分可参考的数据：1组：直流他励电动机：功率Pe1.1KW，额定电流Ie=6.7A，磁极对数P=1，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻

5、Ra=2.34,主电路总电阻R7，L246.25mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，Ks=58.4，机电时间常数Tm=116.2ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00235s，过载倍数1.5，电流给定最大值，速度给定最大值2组： 直流他励电动机：功率Pe22KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=116A,磁极对数P=2，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.112,主电路总电阻R0.32，L37.22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数Ce=0.138 Vminr，Ks=22，电磁时间常数TL=0.116s，机电时间常数Tm=0.1

6、57s，滤波时间常数Ton=Toi=0.00235s，过载倍数1.5，电流给定最大值，速度给定最大值3组： 直流他励电动机：功率Pe145KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=733A,磁极对数P=2，ne=430r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.0015,主电路总电阻R0.036，Ks=41.5，电磁时间常数TL=0.0734s，机电时间常数Tm=0.0926s，滤波时间常数Ton=Toi=0.01s，过载倍数1.2，电流给定最大值，速度给定最大值4组： 直流他励电动机：功率Pe145KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=6.5A,磁极对数P=1，ne=1500

7、r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=3.7,主电路总电阻R7.4，Ks=27，电磁时间常数TL=0.033s，机电时间常数Tm=0.26s，滤波时间常数Toi=0.0031s，Ton=0.01s，过载倍数1.5，电流给定最大值，速度给定最大值，0.77V/A，0.007 Vminr5组：（1）已知电动机参数为：=3kW，=220V，=17.5A，=1500r/min，电枢绕组电阻=1.25，=3.53。采用三相全控桥式电路，整流装置内阻=1.3。平波电抗器电阻=0.3。整流回路总电感L=200mH。， =0.01s（2）这里暂不考虑稳定性问题，设ASR和ACR均采用PI调节器，AS

8、R限幅输出=8V，ACR限幅输出=8V，最大给定=10V，调速范围D=20，静差率s=10%，堵转电流 =2.1，临界截止电流 =2。（3）设计指标：电流超调量%5%，空载起动到额定转速时的转速超调量10%，空载起动到额定转速的过渡过程时间 t0.5。6组：（1）已知电动机参数为：=3kW，=220V，=17.5A，=1500r/min，电枢回路总电阻=1.25，=3.53。采用三相全控桥式电路，Ks40，整流装置内阻=1.3。平波电抗器电阻=0.3。整流回路总电感L=200mH。电动势系数Ce0.132V.min/r,， =0.01s, Tm=0.16s, Tl=0.07s（2）这里暂不考虑

9、稳定性问题，设ASR和ACR均采用PI调节器，ASR限幅输出=10V，ACR限幅输出=10V，最大给定=10V，调速范围D=20，静差率s=10%，堵转电流 =2，临界截止电流 =1.5。（3）设计指标：电流超调量%5%，空载起动到额定转速时的转速超调量10%，空载起动到额定转速的过渡过程时间 t0.5。7组：（1）直流电动机：PN = 1.1 kW，nN = 1 000 r/min，UN = 220 V，IN = 6.58 A，GD2 = 0.28 kg.m2，过载倍数 = 2，电枢绕组的电阻RD = 4 ，电感LD = 67 mH；（2）变压器：副边绕组的电阻RB = 0.65 ，电感LB

10、 = 4 mH，额定电压U2e = 145 V，额定电流I2e = 5.37 A；（3）平波电抗器：电阻Rp = 0.1 ，电感Lp = 214 mH；（4）采用三相全控桥式整流电路，ks = 57；（5）电流调节器最大给定值Uim= 10 V，转速调节器最大给定值Unm= 6 V；（6）电流滤波时间常数T0i = 1 ms，转速滤波时间常数T0n = 5 ms；（7）设计要求稳态无静差，电流超调量i% 5%，空载启动到额定转速时的转速超调量i% 10%。8组：设计一个双闭环直流电动机调速系统，整流装置采用三相桥式电路，电动机参数：UN=220V,IdN=136A,nN=1460r/min,C

11、e=0.132V.min/r, 过载倍数1.5，整流装置放大系数Ks40，电枢回路总电阻R0.5欧，时间常数Tl=0.03s,Tm=0.18s,电流反馈系数0.05V/A,转速反馈系数0.007V.min/r，要求实现稳态无静差，电流超调量i5，空载起动到额定转速时的转速超调量n10，取电流反馈滤波时间常数Toi0.0017s,转速反馈滤波时间常数Ton0.01s,取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V，输出限幅值为10V，额定转速时转速给定Un*10V。仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化对系统响应的影响9组：（1）直流电动机：PN = 1.1 kW，nN = 1 000 r/min

12、，UN = 220 V，IN = 6.58 A，GD2 = 0.28 kg.m2，过载倍数 = 2，电枢绕组的电阻RD = 4 ，电感LD = 67 mH；（2）变压器：副边绕组的电阻RB = 0.65 ，电感LB = 4 mH，额定电压U2e = 145 V，额定电流I2e = 5.37 A；（3）平波电抗器：电阻Rp = 0.1 ，电感Lp = 214 mH；（4）采用三相全控桥式整流电路，ks = 57；（5）电流调节器最大给定值Uim= 10 V，转速调节器最大给定值Unm= 6 V；（6）电流滤波时间常数T0i = 1 ms，转速滤波时间常数T0n = 5 ms；（7）设计要求稳态无

13、静差，电流超调量i% 5%，空载启动到额定转速时的转速超调量i% 10%。10组：1该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D10），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s2）3动态性能指标：转速超调量n8%，电流超调量i5%，动态速降n8-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s 4系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续5调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施6.技术数据： 晶闸管整流装置：Rrec=0.032，Ks=45-48。负载电机额定数据：PN=90KW，UN=440V，IN=220A，nN=1800r

14、/min，Ra=0.088，=1.5。系统主电路：R=0.12，Tm=0.1s11组:直流电动机：PN2.1kw，额定电压UN220v，额定电流IN11.7A，额定转速nN1000r/min,电枢电阻Ra2.34，主电路总电阻R10，ks68.4，电感L346.25mH，机电时间常数Tm216.2ms，滤波时间常数tontoi0.00435s，过载倍数1.4，电流反馈系数0.77v/A，转速反馈系数0.007v.min/r.额定转速时给定电压为Un*=12v,调节器输出电压为Uim*=10v.系统要求无静差，调速范围D15，电流超调量i5%,空载起动到额定转速时的转速超调量n15%.12组：直

15、流电动机：PN185w，额定电压UN220v，额定电流Inom1.2A，额定转速nN1600r/min,Ufn220V，Ce0.149（V/rpm）,Cm=1.423(kg.m/A),整流装置内阻Rn3.09，Ks60 Ts1.7ms电枢回路总电阻R8，ks68.4，电感L270mH，机电时间常数Tm141s，Tl33.7s，滤波时间常数ton0.01s，toi0.005s，过载倍数1.5，额定转速时给定电压为Un*= Uim*=8v.调节器输入回路电阻R020k系统要求无静差，负载：恒转矩负载Idl0.8Inom，启动方式：空载起动到额定转速，Ido0.05Inom，调速范围D10，静差率：

16、s4%，电流超调量i5%,转速超调量n10%.突加负载的动态速降3%，恢复时间tf1.5秒13组：直流电动机：额定电压UN440v，额定电流IN365A，额定转速nN950r/min,电枢电阻Ra0.04，电枢回路总电阻R0.0825，电感L3mH，折算到电动机轴的飞轮惯量GD1292.7Nm，滤波时间常数ton0.01s，toi0.002s，过载倍数1.5，额定转速时给定电压为Un*= Uim*=Ucm15v.调节器输入回路电阻R040k。晶闸管整流装置放大倍数Ks40，滞后时间常数Ts0.0017s。电流反馈系数0.0274V/A，电压反馈系数0.0158vmin/r。系统要求无静差，电流超调量i5%,空载起动到额定转速时的转速超调量n10%.14组：直流电动机：11kw，额定电压UN230v，额定电流IN47.8A，额定转速nN1450r/min,电枢电阻Ra0.9，电枢回路总电阻R1.8，电感L6.6mH，额定转速时给定电压为Un*= Uim*10v.晶闸