数字式双闭环直流调速系统设计-电机与运动控制系统课程设计报告

青岛理工大学自动化工程学院

课程设计报告

课程：电机与运动控制系统

设计题目： 数字式双闭环直流调速系统设计

专业 自动化 班级 机电121

姓名 飞飞飞 学号 208211

指导教师： 赵宏才

时间： 2015 年 7 月 16 日

成绩： 评语：

1

电机与运动控制系统课程设计任务书

一、设计题目

数字式双闭环直流调速系统设计

二、目的意义：

本课程设计是自动化专业学生在学完专业课程“电机与运动控制系统”之后进行的一项实践性教学环节。通过此环节，使学生能结合已完成的基础课、技术基础课和专业课对“电机与运动控制系统”课程的主要内容进行较为综合的实际运用，进一步培养学生应用所学的理论知识解决实际设计问题的能力，为毕业设计和将来从事实际工作奠定基础。双闭环调速系统是工业生产中重要的拖动控制系统，应用很广泛，也是其他复杂控制的基础。本专业学生应充分掌握速度和电流双闭环控制系统的结构、系统构成、设备及器件选择、参数整定计算以及绘制系统电路原理图等内容，并能用先进控制器实现控制策略，初步掌握设计的方法和步骤，增强独立查阅资料、分析问题和解决问题的能力，以及刻苦钻研的工作作风和严肃认真的工作态度。

三、基本参数和设计要求

（一） 基本参数

直流电机：额定功率PN=18Kw, UN=220V, IN=94A, nN=1000r/min, 电枢回路电阻Ra=0.45Ω, 电磁时间常数Tl=0.0297s，机电时间常数Tm=0.427s, 电动势系数CE=0.2059 V/r.min, 过载系数??1.5。晶体管PWM功率放大器：工作频率2kHz，工作方式H型双极性。直流电源电压：264V。

（二） 设计要求

主要技术指标：调速范围D: 0---1000r/min, 额定时速度控制精度为0.1%（稳态无静差）； PWM占空比变化为0——0.5——1时，对应输出电压为-264——0——+264V, 为电机提供最大25A电流。速度检测采用光电编码器，其输出的两相 A、B脉冲经光电隔离辩相后获得每相1024个脉冲角度分辨力和方向信号。电流检测采用霍尔电流传感器，其原副边比为1000:1，额定电流50A。采用双闭环控制方式。

系统具有过流、过压、过载保护等。

四、 设计内容

（一）主回路选择和计算

1． 选择整流器

包括：整流二极管的选择、绝缘栅双极晶体管的选择。 2． 泵升电压限制、滤波电容计算。

2

3． 主电路保护环节的选择和计算

包括：交流侧过电压保护、直流侧过电压保护、过电流保护

（二）控制电路设计

包括：PWM驱动电路、反馈电路、芯片选择等

（三）控制系统的动态计算及调节器设计

包括：ACR的参数选择、ASR的参数选择

（四）绘图

画出控制系统电路原理图（包括主电路和控制电路，采用标准图纸打印）。

（五）设计报告（说明书）要求

1. 论述全面，叙述简洁，层次分明，书写清楚，图形、符号、曲线、数据等符合规范； 2. 有完整的设计说明、计算过程和系统工作原理； 3. 图纸清晰，规范，使用标准A×号图纸；

4. 封面、任务书、图纸、须打印；课设报告摘要、正文、参考文献一律手写，统一为A4纸；

5. 报告字数不少于3000字(正文)。中、英文摘要（各不少于200字），关键字（3～5个），列出参考文献（格式规范）；

6. 装订：页面上端装订。装订顺序：封面，任务书，中、英文摘要，目录，正文，参考文献，附录1：电气元部件明细表，附录2：控制系统电路原理图。

五、设计时间

2014——2015学年 第2学期 第15、16周

2014-6-16

注:学号尾数为1、6的同学选该题

3

摘 要

直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和抑郁控制等优点，所以在电气传动中获得广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细的分析了系统的原理及动态、静态性能。然后再对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，并且对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套用双闭环调速系统，详细介绍了系统主电路、控制电路、调速电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并进行了动态数字仿真，同时查看仿真波形，一次验证设计的调速系统是否可行。

关键词： 直流电机 直流调速系统 双闭环系统 仿真

4