运控课程设计

1、电力拖动与运动控制系统创新实践V-M双闭环直流调速系统设计学 院 自动化科学与工程学院班 级 自动化10级2班 姓 名 韩向宁 学 号 4 指导教师 郗晓田 提交日期 2013.6.28 目录一、设计目的：3二、初始条件：3三、设计要求：4四、具体步骤：41、设计方案：42、参数计算：53、V-M双闭环直流不可逆调速系统线路图84、系统仿真：9五、设计结论10六、设计总结11七、设计文献参考11一、设计目的：1. 联系实际，对双闭环直流电动机调速系统进行综合性设计，加深对所学自动控制系统课程的认识和理解，并掌握分析系统的方法。2. 熟悉自动控制系统中元部件及系统参数的计算方法。3. 培养灵活运

2、用所学自动控制理论分析和解决实际系统中出现的各种问题的能力。4. 设计出符合要求的转速、电流双闭环直流调速系统，并通过设计正确掌握工程设计的方法。5. 算机对系统进行仿真的方法。二、初始条件：1 技术数据（1） 直流电机铭牌参数：PN =2.8KW, UN =220V, IN =15.6A, nN=1500r/min，电动机电枢电阻Ra =1.5，允许过载倍数=1.5；（2） 晶闸管整流触发装置：Ks=50。（3） 系统主电路总电阻：R=2.5（4） 电磁时间常数：T1=0.008s（5） 机电时间常数：Tm =0.25s（6） 电流反馈滤波时间常数：Toi=0.002s，转速率波时间常数：T

3、on=0.01s（7） 额定转速时的给定电压：Unm =10V（8） 调节器饱和输出电压：8V2 技术指标（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s1%）；（3） 动态性能指标：空载启动到转速n=1200r/min时，转速超调量n10%；（4） 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。三、设计要求：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. 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算。3. 动态设计计算：根

4、据技术要求，用Mrmin准则（取h=5），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；4. 绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统线路图（主电路、触发电路、控制电路）； 5. 对所设计出的双闭环直流电动机调速系统仿真实验，并给出仿真结果图；6. 整理设计数据资料，课程设计总结，对本课程设计提出新设想和新建议。四、具体步骤： 1、设计方案：根据设计题目要求，为达到要求静、动态性能指标，故采用转速+电流的双闭环调速系统，为实现无差控制两个调节器分别采用PI调节，以满足要求；主电路才用三相全控桥式整流电路供电，系统的原理框图如下：2、参数计算：关

5、参数计算。a.电动机的电势常数Ce=UN-INRanN=220-15.61.51500=0.13(Vr-1min)b.三相桥式晶闸管整流装置滞后时间Ts=12mf=12650=0.0017(s)c.电流反馈系数 设最大允许电流Idm=1.5IN=1.515.6=23.4(A),则电流反馈系数为=UimIdm=823.4=0.34(V/A)d.转速反馈系数=UnmnN=0.0067(Vr-1min)e.电流给定和反馈滤波时间常数Toi 一般取13ms，这里取Toi=2ms=0.002sf.转速给定和反馈滤波时间常数Ton 一般取13ms，这里取Toi=2ms=0.002s电流环的设计a.电流环小

6、时间常数Ti=Toi+Ts=0.002+0.0017=0.0037(s)b.电流调节器结构选择 根据要求，电流超调量不大于5%，且TlTi=0.0080.00372.2ci满足近似条件小时间常数近似条件ci131TSToi131TSToi=1310.00170.002=180.8(s-1)ci满足近似条件忽略反电动势对电流环影响的条件ci31TmTl31TmTl=310.250.008=67.1(s-1) cn满足近似条件。小时间常数近似处理条件cn1312TiTon1312TiTon=13120.00370.01=38.7 (s-1) cn满足近似条件。e. 计算转速调节器电阻和电容 取输入

7、电阻R0=20k，则Rn=KnR0=22.8820=457.6 (k)Cn=nRn=0.103106=0.15(F)Con=4TonR0=40.0120103106=2 (F)f. 核校转速超调量 因为当h=5时CmaxCb%=81.2%而 nN=RCeIN=2.50.1315.6=300 (r/min)所以 %=CmaxCb%2Idm-ILIN=nNnsTnTm =81.2%21.2515.6-015.60.01740.25 =3.53%10%可见所设计的系统能满足设计要求3、V-M双闭环直流不可逆调速系统线路图(1)主电路(2)触发电路采用集成触发器KJ041作为三相整流电路的触发器，共需

8、3个。(3)控制电路主要由转速调节区和电流调节器构成。4、系统仿真：(1)将动态模型和参数输入到Matlab中的Simulink中进行仿真，在Simulink中建立的模型如下图： (2)仿真结果：结果为在给定输入为10V的阶跃作用下的输入结果：转速波形图电流波形图由图可以看出在给定输入后，设计的系统得到的转速和电流波形图跟理想的波形图有一些偏差，但是已经很接近，表示设计的系统可以满足所要求的静、动态性能！五、设计结论设计的双闭环调速系统，对于给定设计要求，应用经典控制理论的工程设计方法，使用PID校正网络设计转速和电流双闭环直流调速系统，最后应用simulink对设计的系统进行仿真和校正以达到

9、满足设计指标的目的。 在系统设计完成，进行仿真之后可以发现，直流双闭环调速系统的确在静、动态特性方面有着很明显的调节作用，这也正是双闭环直流调速系统经久不衰的一个重要原因。 但经过观察之后，会发现仿真得到的波形跟实际的有一些差别，这主要是因为忽略了实际模型中的一些误差，而且由于建立的数学模型也仅仅只是对于实际模型的一个近似，因此，理想波形与实验所得到的波形总会有偏差。 六、设计总结通过本次对双闭环直流调速系统的设计以及对设计过程中遇到的问题的思考，有效的提高了我对此系统的认识和理解。同时使我对电力电子技术以及电机与拖动有了进一步的了解与认识，对于直流电机的控制有了更明确的认识，加深了对所学知识的印象，也进一步认识到工程设计时与实际相联系的重要性。 此外，掌握了双闭环调速系统的控制方法，提高工程设计能力，还让我有机会将课堂上所学的理论知识运用到实际中。更加清楚的认识到了双闭环直流调速系统的优点，而由于双闭环调速系统的诸多优点，是得它的应用及其广泛。 本次课程设计最终是使用用Matlab进行仿真而得到设计的最终结果，希望以后可以多多的进行实物的实验