直流电机双闭环调速系统设计及仿真

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本科生毕业设计（论文）

论 文 题 目： 直流电机双闭环调速系统设计 姓 名： 徐震杰 学 院： 电气工程及自动化 专 业： 自动化 班 级 、 学 号： 10电51 10285038 指 导 教 师： 甘良志

江苏师范大学教务处印制

江苏师范大学本科生毕业设计 直流电机双闭环调速系统设计

摘 要

直流调速系统的控制一般都是由转速、电流反馈来完成的，它的静态性能和动态性能都是十分杰出的，正是由于它的这些优点使其使用范围也很广泛。其主要通过晶闸管可控整流电源来调节电源的大小。根据题目的设计要求，调速系统一共有两个控制器，它们分别是转速控制器（ASR）和电

《自动控制系统论文设计报告》

班

级：姓 名 ：学 号 ：时 间 ：指 导 老 师：

大 连 海 洋 自 自动化09-1

2012年5月12号 丁丽娜 大 学 信 息 工 动 化 研 究 所

1

程 学

院

双闭环直流电机调速系统设计

摘 要

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。根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。本文首先确定整个设计的方案和框图。然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看，电流环

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本科生毕业设计（论文）

论 文 题 目： 直流电机双闭环调速系统设计 姓 名： 徐震杰 学 院： 电气工程及自动化 专 业： 自动化 班 级 、 学 号： 10电51 10285038 指 导 教 师： 甘良志

江苏师范大学教务处印制

江苏师范大学本科生毕业设计 直流电机双闭环调速系统设计

摘 要

直流调速系统的控制一般都是由转速、电流反馈来完成的，它的静态性能和动态性能都是十分杰出的，正是由于它的这些优点使其使用范围也很广泛。其主要通过晶闸管可控整流电源来调节电源的大小。根据题目的设计要求，调速系统一共有两个控制器，它们分别是转速控制器（ASR）和电

一．直流力矩电机转速/位置伺服控制系统 1. 系统组成结构

直流力矩电机

计算机

PWM单元 功率单元

ATmega128 L298N USB连接

实验箱

电流反馈（LEM元件）

转速反馈（测速电机）

转角位置反馈（导电塑料电位器）

2 系统工作原理

在上位计算机上安装有自控原理、计算机控制实验软件包，与实验箱（接口卡控制核心采用C8051F020单片机）通过USB连接通信,经计算后发出模拟电压信号（-5V至+5V）给PWM脉宽调制单元，PWM脉宽调制单元的控制核心采用ATmega128单片机，根据不同的控制信号,发出电机转向控制信号及转速控制信号(不同占空比的PWM波)给功率驱动单元, PWM波占空比分辨率精度为10位, 功率驱动单元核心采用集成功率驱动芯片L298N,驱动电压采用12V,最大驱动电流3A,可以控制直流力矩电机正反转, 直流力矩电机测速机组采用稀土永磁体制成的高性能力矩电动机与同轴联结的高灵敏度低速测速发电机组合而成，具有响应速度快、转矩大、特性线性度好等特点,是新型高精度调速执行系统组合元件，实验效果好,电流反馈采用霍尔电流传感器LA-50P,转速反馈采用测速发电机，转角位置反馈采用WDD35

《运动控制系统》课程设计指导书

一、课程设计的主要任务

（一）系统各环节选型

1、主回路方案确定。

2、控制回路选择：给定器、调节放大器、触发器、稳压电源、电流截止

环节，调节器锁零电路、电流、电压检测环节、同步变压器接线方式（须对以上环节画出线路图，说明其原理）。

（二）主要电气设备的计算和选择

1、整流变压器计算：变压器原副方电压、电流、容量以及联接组别选择。 2、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择。

3、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选

择计算。

4、平波电抗器选择计算。 （三）系统参数计算

1、电流调节器ACR中Ci 、Ri计算。

Rn计算。 2、转速调节器ASR中Cn 、3、动态性能指标计算。

（四）画出双闭环调速系统电气原理图。

使用A1或A2图纸，并画出动态框图和波德图（在设计说明书中）。 二、基本要求

1、使学生进一步熟悉和掌握单、双闭环直流调速系统工作原理，了解工程设计的基本方法和步骤。

2、熟练掌握主电路结构选择方法，主电路元器件的选型计算方法。 3、熟练掌握过电压、过电流保护方式的配置及其整定计算。 4、掌握触发电路的选型、设计方法。 5、掌握同步电压

毕业设计（论文）

摘 要

在高度现代化的今天，现代电力电子技术、计算机技术、现代控制理论的发展，促进了直流调速技术的进步，使之成为目前活跃的调速技术。长期以来，直流电动机因其具有调节转速灵活、方法简单、控制性能好等特点，应用在越来越广的领域中。

在控制领域中，微机技术得到了广泛的应用。例如，以单片机为控制核心的直流电机调速系统。其调速系统的特点是：

1、速度给定和测速采用数字化，这样就能够在很宽的范围内高精度测速，进而扩大了调速范围，提高了速度控制的精度。

2、硬件高度的集成化，使零部件的数量和触点大大减少。

3、由于许多功能都是由软件来完成的，所以使硬件得以简化，故障率比较小。单片机以数字信号来工作，其控制手段方便灵活，抗干扰能力强。

本文以80C196KC单片机为控制核心，研制了一套数字式直流电机双闭环调速系统。介绍了如何从直流电机调速系统的功能和特点，分析双闭环PID控制的调速系统的数学模型，确定了电流环和转速环的比例和积分系数。此外，由于系统采用数字式速度给定和数字式测速方法，进而提高了速度控制的精度。

关键词：直流电动机；调速；PID 控制

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毕业设计（论文）

Abstract

At a height of the

实验五 直流电机闭环调速控制

2011级测控一班 王婷婷 2011134128

一、实验目的

1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法； 2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。 二、实验设备

计算机控制技术（二）、PCI数据采集卡（含上位机软件） 三、实验原理

直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。

功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。

PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理： 1.PWM的工作原理

图5-1 PWM的控制电路

图5-1所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用 PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图5-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端

龙门刨床PLC控制系统设计

摘要：

传统的龙门刨床控制系统可靠性差，维护困难，成产效率低。如今PLC技术不断发展。本文针对传统的龙门刨床的控制系统进行数字化的改进，主要研究了基于PLC的直流电机逻辑无环流双环可逆调速系统，根据直流调速理论及自动控制系统的理论，介绍了PLC控制的双闭环调速系统的组成、工作原理和动态性能。本系统实现对直流电机双闭环调速系统进行全数字化的改造,使电流环和速度环控制器都由PLC系统来实现．重点讨论了用FX2N系列PLC及其两个扩展模块来实现直流电机双闭环调速系统。应用PLC的PID功能指令来实现直流电机速度的闭环控制。系统具有人机接口，系统易于扩展，便于扩展各种I/O模块和功能模块。

关键词：直流电机；双闭环；可编程控制器

Double housing planer machine PLC control system design

Abstract：

The traditional double planer control system reliability is poor, maintenance is difficult with the production of l

1 绪 论

1.1 直流调速的优点

直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。它通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，如晶体管、各种线性运算电路等，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特性也随之变化，故系统运行的可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。

双闭环直流调速系统是一个复杂的自动控制系统，在设计和调试的过程中有大量的参数需要计算和调整，运用传统的设计方法工作量大，系统调试困难，将SIMULINK用于电机系统的仿真研究近几年逐渐成为人们研究的热点。同时，MATLAB软件中还提供了新的控制系统模型输入与仿真工具SIMULINK，它具有构造模型简单、动态修改参数实现系统控制容易、界面友好、功能强大等优点，成为动态建模与仿真方面应用最广泛的软件包之一。它可以利用鼠标器在模型窗口上“画”出所需的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真或分析，从而使得一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。

1.2

直流电机调速电路的设计

一. 课程设计的目的：

通过本课程的学习，学生应具备以下能力：交、直流电路分析计算测量能力；电子线路的分析与应用能力；电子器件的应用能力；常用仪器仪表的使用能力等。同时培养学生严谨的科学作风，为后续专业课的学习和从事工程技术工作奠定坚实的理论和实践基础。 二．设计方案论证： 1． 思路：

电磁调速异步电动机又称滑差电机，它是一种恒转矩交流无级变速电动机。由于它具有调速范围广、速度调节开滑、起动转矩大、控制功率小、有速度负反馈的自动调节系统时机械特性硬度高等一系列优点。直流电动机的调速是由电磁调速异步电动机的 调速控制。电磁异步电动机主要是由主电路，控制电路和保护电路等几大部分组成，改变触发角，改变直流电压，达到调速的目的。 2． 设计方法：

电磁调速异步电动机结构与工作原理

电磁调速异步电动机是由普通鼠笼式异步电动机、电磁滑差离合器和电气控制装置三部分组成。异步电机作为原动机使用，当它旋转时带动离合器的电枢一起旋转，电气控制装置是提供滑差离合器励磁线圈励磁电流的装置。，图2－19是其结构示意图。它包括电枢、磁极和励磁线圈三部分。电枢为铸钢制成的圆筒形结构，它与鼠笼式异步电动机的转轴相连接，俗称主动部分；磁极做成爪形结构