电力拖动自动控制系统课程设计华侨大学

《电力拖动自动控制》

课程设计报告

专 业： 自 动 化 班 级： 一 学号：20090220105 学生姓名： 丁大磊 时 间：12年12月31日～13年1月8日

―――――――以下指导教师填写――――― 分项成绩：出勤 设计报告 总成绩： 指导教师：

一、 序言

（a）设计的目的和意义：

电力拖动自动控制系统课程设计与综合实验是工业电气自动化专业的一门专业课程，它是一次综合性的理论与实践相结合的训练，也是本专业的一次基本技能训练，其主要目的是：

1、理论联系实际，掌握根据实际工艺要求设计电力拖动自动控制系统的基本方法。 2、对一种典型的双闭环调速自动控制系统进行综合性的分析设计，掌握各部件和整个系统的设计调试步骤、方法及操作实际系统的方法。加强基本技能训练。

3、掌握参数变化对系统性能影响的规律，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。

电力拖动自动控制系统课程综述

电力拖动自动控制系统课程综述

姓 名：宋文钦

学 号：0705071040

班 级：自动化（1）班

一、 课程简介

电力拖动实现了电能与机械能之间的能量变换，而电力拖动自动控制系统——运动控制系统的任务是通过控制电动机电压、电流、频率等输入量，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。工业生产和科学的发展，对运动控制系统提出新的更为复杂的要求，同时也为研制和生产各类新型控制系统提供了可能。

现代运动控制技术以各类电动机为控制对象，以计算机和其他电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以计算机数字仿真和计算机辅助设计为研究和开发的工具。由此可见，现代运动控制技术已成为电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科。

电力拖动自动控制系统是电气工程及其自动化专业的必修课。电力拖动自动控制系统课程的内容包括闭环控制的直流调速系统、多环控制的直流调速系统、可逆调速系统、直流脉宽调速系统和位置随动系统。使学生掌握经典直流调速系统的基本概念、基本原理和

电力拖动自动控制系统课程设计指导书

一、 本课程的目的与作用

电力拖动自动控制系统课程设计与综合实验是工业电气自动化专业的一门专业课程，它是一次综合性的理论与实践相结合的训练，也是本专业的一次基本技能训练，其主要目的是：

1、理论联系实际，掌握根据实际工艺要求设计电力拖动自动控制系统的基本方法。

2、对一种典型的双闭环调速自动控制系统进行综合性的分析设计，掌握各部件和整个系统的设计调试步骤、方法及操作实际系统的方法。加强基本技能训练。

3、掌握参数变化对系统性能影响的规律，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。

4、培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会实验数据的分析与处理能力及编写设计说明书和技术总结报告的能力。为下学期毕业设计作准备。

5、通过设计熟练地查阅有关资料和手册。

二、设计内容

本课程设计的对象是：

直流电机：185W，220V，1.2A，1600转/分。 直流测速机：10W，10V，0.2A，1900转/分。 要求设计一个直流双闭环调速系统。其主要内容为： 1、测定综合实验中所用控制对象的参数（由实验完成）。

2、根据给定指标设计电流调节器和转速调节器，并选择调节器参数和具体

实现电路。

3、按设计结果组成系

实验一 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

一、实验学时：3学时 二、实验类型：验证性 三、开出要求：必修 四、实验目的：

1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。 2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。

五、实验原理：

晶闸管直流调速系统由晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。 本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变Ug的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。

六、实验条件：

1．教学实验台主控制屏MCL-32T。 2．MCL—33组件 3．MEL—03组件

4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）

5．直流电动机M03

6．双踪示波器 7．万用表

七、实验步骤：

（一）安全讲解

实验指导人员讲解自动控制系统实验的基本要求，安全操作和注意事项。介绍实验设备的使用方法。

（二）操作步骤

1．电枢回路电阻R的测定

电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn

为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可

南阳理工学院2011-2012学年第二学期试卷（A卷）

课程：《电力拖动自动控制系统》

考核方式：（闭卷）课程性质：_专业必修课 适用对象：11级电气工程及其自动化专升本 题号 满分 得分

一 30 二 三 四 总分 复核人 评卷人 得分 一、填空题：（每题1分，共30分）

1．运动控制系统的本质是反馈控制，控制对象为 。

2．调节直流电动机转速的三种方法：改变电枢回路电阻调速、减弱磁通调速和 。

3. 调速系统的两个稳态性能指标是调速范围和 。

4. 在相同的理想空载转速条件下，闭环系统的转速静差率是开环系统的 。 5. 为了解决直流电机转速负反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流过大问题，只在电流大到

一定程度时才出现的电流负反馈称为 。

6. 交—直—交变频器先将恒压恒频的交流电整成直流，再将直流电逆变成电压与频率均可调

的交流，称为

一、判断题

1、自动控制的直流调速系统，往往以调节电枢供电电压为主。（√） 2、在V-M系统中，设置平波电抗器可以抑制电流脉动。（√）

3、在电流断续时，V-M系统机械特性很软，理想空载转速翘得很高。（√） 4、与晶闸管-电动机调速系统相比，直流脉宽调速系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都小。（√）

5、转速、电流双闭环直流调速系统中，当电动机过载甚至堵转时，转速调节器可以限制电枢电流最大值，起快速自动保护作用。（X）

6、按照典型II型系统设计转速调节器时，中频宽h可以任意选择。（X）

7、按照典型II型系统设计转速调节器时，由典型II型系统的开环传递函数可知，K、T、τ都是待定符号。（X）

8、转速、电流双闭环直流调速系统中，对负载变化起抗扰作用的是转速调节器。（√） 9、积分控制可以使直流调速系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。（√） 10、闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流或转矩间的稳定关系。（√） 1、弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ）

2、采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3、只有一

习题解答（供参考）

习题二

2.2 系统的调速范围是1000~100rmin，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：?n?nnsD(1?s)?1000?0.02(10?0.98)?2.04rpm

系统允许的静态速降为2.04rpm。

2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为n0max?1500rmin，最低转速特性为

n0min?150rmin，带额定负载时的速度降落?nN?15rmin，且在不同转速下额定速降

不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？

解：1）调速范围 D?nmaxnmin(均指额定负载情况下）

nmax?n0max??nN?1500?15?1485 nmin?n0min??nN?150?15?135 D?nmaxnmin?1485135?11

2) 静差率 s??nNn0?15150?10%

2.4 直流电动机为PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？

解：C

习 题 二

2.2 系统的调速范围是1000~100rmin，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？

ns解：?n?n?1000?0.02(10?0.98)?2.04rpm D(1?s)系统允许的静态速降为2.04rpm。

2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为n0max?1500rmin，最低转速特性为 n0min?150rmin，带额定负载时的速度降落?nN?15rmin，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？

解：1）调速范围 D?nmaxnmin(均指额定负载情况下）

nmax?n0max??nN?1500?15?1485 nmin?n0min??nN?150?15?135 D?nmaxnmin?1485135?11

2) 静差率 s??nNn0?15150?10%

2.5 某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。已知直流电动机

PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000rmin，主电路总电阻R=0.18

Ω,Ce=0.2V?min/r,求：

（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落?nN为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速

《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题

2-2 调速系统的调速范围是1000~100r/min，要求静差率s=2%，那么系统允许的稳态速降是多少？

解：系统允许的稳态速降

?nN?

snmin0.02?100??2.04(rmin) (1?s)(1?0.02)2-5 某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。已知直流电动机PN?60kW，

UN?220V，IN?305A，nN?1000rmin，主电路总电阻R?0.18?，Ce?0.2V?minr，求：

（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落?nN为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率sN多少？

（3）额定负载下的转速降落?nN为多少，才能满足D?20,s?5%的要求。

解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落

?nN?INR305?0.18??274.5(rmin) Ce0.2（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率

?nN274.5??0.215?21.5%

nN??nN1000?274.5（3）额定负载下满足D?20,s?5%要求的转速降落

sN??nN?

nNs1000?0.05??2.63(rmin)

D(1?s)20?(1?0.05)

课程设计任务书（第1组）

一、 设计题目与设计要求

1. 带电流截止负反馈的晶闸管直流单闭环调速系统设计 2. 技术数据

1) 直流电动机的额定参数为60 kW、220V、305A、1000 r/min，电枢电

阻Rs＝0.066Ω，电机过载系数为λ＝1.5，系统总电感为2.16mH。 2) 电枢回路总电阻可取为R=Ra+Rrec=0.18Ω，系统总飞轮矩GD2=78

N·m。

3. 设计要求

试设计闭环系统，使系统达到静态指标D＝20，S<5%，动态性能指标为相位裕量γ≥60°，并使系统可以在阶跃给定信号下直接启动。

二、 设计内容

1. 调速的方案选择

1) 系统的结构选择；

2) 确定直流调速系统的总体结构框图。

2. 主电路的设计（包括整流变压器、晶闸管、平波电抗器等） 3. 晶闸管触发电路的设计

4. 控制电路的设计计算（主要有给定电源和给定环节的设计计算、转速检

测环节、电流截止负反馈环节的设计与计算、调速系统的稳态参数计算等）

5. 单闭环直流调速系统的动态设计（即根据所给的动态性能指标设计和确

定调节器及其参数）

三、 系统的计算机仿真

采用MATLAB中的simulink工具箱对系统在阶跃输入和负载扰动情况下的动态响应（主要为转速和电枢电流）进行仿真。 四、 设计提交的成果材料

1. 设计说明书一份；

2. 直