电电力拖动与控制系统课程设计 (2)

《电力拖动与运动控制系统》课程设计姓名：学号：专业：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6月课程设计任务书专业年级学号学生姓名任务下达日期：2012年6月5日设计日期：2012年6月11日至2012年6月28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.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。2.直流调速系统的主电路设计(1)主电路采用的是：基于H桥的脉宽直流调速系统；(2)根据附录中所提供的直流电机参数，对主电路中的功率器件进行型号选择，要求给出选择依据；(3)给出全控型器件IGBT驱动电路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明；(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，要求给出具体型号；(4)要求在主回路设计中需给出相应的保护及缓冲电路。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(可选)(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。指导教师签字：日期：摘要本设计通过分析直流双闭环调速系统的组成，设计出系统的电路原理图。同时，采用工程设计的方法对直流双闭环调速系统的电流和转速两个调节器进行设计，先设计电流调节器，然后将整个电流环看作是转速调节器系统的一个环节，再来设计转速调节器。遵从确定时间常数、选择调节器结构、计算调节器参数、校验近似条件的步骤一步一步的实现对调节器的具体设计。之后，再对系统的启动过程进行分析，以了解系统的动态性能。最后用Matlab软件中的simulink模块对设计好的系统进行模拟仿真，得出仿真波形。关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，Simulink目录1.设计目的、任务及要求..........................................11.1课程设计的目的............................................11.2课程设计任务..............................................11.3课程设计的要求............................................12.系统总体方案设计...............................................22.1具有代表性的直流调速产品..................................22.1.1产品介绍......................................................22.1.2产品设计.....................................................22.2主回路拓扑结构选择........................................32.2.1直流调速系统主回路拓扑结构...........................42.3数字处理器的选择..........................................42.3.1数字处理器的概要..............................................42.3.2产品的特征....................................................52.3.3芯片管脚图...................................................52.3.4NJU26060-03A原理图...........................................63.直流调速系统主电路的设计.......................................63.1转速给定电路设计..........................................73.2转速检测电路设计..........................................73.3电流检测电路设计..........................................83.4整流及晶闸管保护电路设计..................................83.4.1过电压保护和du/dt限制.......................................93.4.2过电流保护和di/dt限制.......................................93.4.3整流电路参数计算............................................103.5电源设计.................................................113.6控制电路设计.............................................123.7参数计算.................................................133.7.1确定时间常数.................................................133.7.2选择电流调节器的结构.........................................143.7.3计算电流调节器的参数.........................................143.8转速环的设计.............................................153.8.1确定时间.....................................................153.8.2选择转速调节器结构...........................................153.8.3计算转速调节器参数...........................................153.9工程化校验及限幅.........................................153.9.1电流校验环节及限幅...........................................153.9.2电压校验环节及限幅...........................................163.10检验转速超调量..........................................174双闭环直流调速系统的Matlab仿真...............................175数字控制器的设计..............................................205.1硬件设计.................................................205.2软件设计.................................................215.2.1双闭环直流调速系统的整体控制流程图...........................215.2.2数字控制器PI的程序流程框图..................................216个人小结......................................................23参考文献........................................................24附录............................................................25徐海学院09级《电力拖动与运动控制系统》课程设计11.设计目的、任务及要求1.1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的过程。本课程设计不仅需要控制理论、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。设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计等，以便使学生掌握微型计算机控制系统设计的总体思路和方法。1.2课程设计任务试设计一双闭环V-M直流调速系统。采用三相桥式全控整流电路，二次相电压有效值VU1102。已知直流电动机参数为：Pe=3.7kW，Ue=220V，Ie=20A，ne=1000r/min，主回路总电阻等于电枢绕组电阻，即RaR=1.5，电枢回路电磁时间常数TL=0.018s，系统机电时间常数Tm=0.080s，电动势系数C=0.206/（r.min-1），转速和电流给定电压最大值分别为,10*VUnmVUim8*。1.3课程设计的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。按工程设计方法设计，要求调速系统的电流超调量σ％≤5％，空载起动到额定转速时的转速超调量σ％≤10%其过渡过程时间Ts=0.5s，堵转电流Idbl=2.0Ie，稳态无静差。徐海学院09级《电力拖动与运动控制系统》课程设计22.系统总体方案设计2.1具有代表性的直流调速产品SIMOREGDC-MASTER6RA702.1.1产品介绍最新推出的SIMOREGDCMaster6RA70系列全数字直流调速产品，在6RA24产品的基础上更具有以下特点:1.单台装置输出额定电枢电流:15A～3000A，额定励磁电流:3A~85A。装置并联后输出额定电枢电流可达12000A。2.输入电压分为6个等级:400V/460V/575V/690V/830V/950V。3.强大的通讯能力。有SIMOLINK高速直接的装置-装置通讯，还可支持PROFIBUS、CAN-BUS、DeviceNet、USS协议等。4.所有工艺板，通讯板及OP1S操作面板都可与新一代的SIMOVERTMASTERDRIVES矢量控制交流调速产品通用。2.1.2产品设计6RA70SIMOREGDCMASTER系列整流器以其紧凑和节省空间的结构为特色，由于各个的部件容易接近，其紧凑式设计使他们特别容易保养与维护，电子板箱包含基本电子板和任何附加板。所有SIMOREGDCMASTER装置均配备一个安装在整流器门上的简易操作面板PMU