电力拖动与运动控制系统课程设计

《电力拖动与运动控制系统》课程设计姓名：付宁学号：22091578专业：自动化09-2专题：双闭环直流调速系统的设计指导教师：设计地点：电工电子实验中心2012年4月2课程设计任务书专业年级自动化学号22091578学生姓名付宁任务下达日期：2012年4月5日设计日期：2012年4月5日至2012年4月20日设计专题题目：双闭环直流调速系统的设计设计主要内容和要求：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.根据直流调速系统的要求，制定系统总体方案，主要包括如下方面：(1)对现有的直流调速产品进行调查，并运行所学知识加以分析。要求必须给出一种具有代表性的直流调速产品，并给出系统控制框图；(2)给出本设计中拟采用的主电路拓扑结构，并给出选择依据；(3)采用数字处理器作为控制器，对目前调速系统中采用的数字处理器进行调查，并选择一款用于本系统的数字处理器。2.直流调速系统的主电路设计，针对总体方案中选定的主电路拓扑结构，并结合附录中提供的直流电机参数进行如下设计：(1)功率器件的选型，要求给出依据；(2)针对所选择的功率器件，给出其触发或驱动电路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明；(3)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3体型号；(4)要求在主回路设计中需给出相应的保护电路。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；(2)根据直流电动机和主回路参数，确定动态结构框图的具体参数；(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；(4)根据设计的PI调节器参数，要求给出带有内外限幅的PI调节器的模拟量电路图；(5)给出直流调速系统的完整结构框图。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。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C=0.136V/（r.min-1）指导教师签字：日期：4摘要电力拖动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、压力、张力和转矩等。直流电动机具有良好的起、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应用。转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。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。关键字：直流调速双闭环转速自动控制目录1.直流调速系统设计总方案...............................................................................................................21.1直流调速系统中的代表性产品.............................................................................................21.2数字控制双闭环直流调速系统原理.....................................................................................21.3本设计中选择的拓扑结构及其依据.....................................................................................31.4直流调速系统中的数字处理器............................................................................................42.直流调速系统中主电路的设计........................................................................................................52.1功率器件的选型及其依据.....................................................................................................52.2驱动电路的原理图及其原理说明.........................................................................................52.3电压、电流和温度等传感器的具体型号.............................................................................62.4主回路中的保护电路............................................................................................................72.4.11.交流侧过压过流保护.................................................................................................72.4.2直流侧的过压过流保护...............................................................................................72.4.3快速熔断器短路保护...................................................................................................83.直流调速系统的控制理论................................................................................................................93.1双闭环直流调速系统的动态结构框图................................................................................93.2动态结构框图的具体参数.....................................................................................................93.2.1调节器的设计...............................................................................................................93.3转速调节器的设计................................................................................................................103.4电路的内外限伏...................................................................................................................123.5转速、电流双闭环直流调速系统的组成...........................................................................123.5.1系统电路结构.............................................................................................................133.5.2稳态结构框图和静特性.............................................................................................134.双闭环直流调速系统的Matlab仿真............................................................................................154.1建立Matlab仿真模型及其调节器参数设计的验证...........................................................155.数字控制器的设置.........................................................................................................................175.1硬件设计...............................................................................................................................175.2软件设计................................................................................................................................19参考文献..............................................................................................................................................21附录......................................................................................................................................................2221.直流调速系统设计总方案1.1直流调速系统中的代表性产品西门子6RA70系列：1.台