单闭环直流调速系统的设计与仿真课程设计

综合课程设计说明书

题目：单闭环直流调速系统的设计与Matlab仿 真（一）

学院：机电与汽车工程学院

专业班级：电气工程与自动化专业（1）班 姓名： 学号： 指导教师：

目录

第一章 概述·······································2 第二章 调速控制系统的性能指标·····················3 2.1 直流电动机工作原理·······················4 2.2 电动机调速指标···························4 2.3 直流电动机的调速·························5 2.4 直流电机的机械特性·······················5 第三章 单闭环直流电动机系统·······················6 3.1 V-M系统简介······························6 3.2 闭环调速系统的组成及静特性···············7 3.3反馈控制规律·····························8

目录

第一章 概述·······································2 第二章 调速控制系统的性能指标·····················3 2.1 直流电动机工作原理·······················4 2.2 电动机调速指标···························4 2.3 直流电动机的调速·························5 2.4 直流电机的机械特性·······················5 第三章 单闭环直流电动机系统·······················6 3.1 V-M系统简介······························6 3.2 闭环调速系统的组成及静特性···············7 3.3反馈控制规律·····························8 3.4 主要部件·································9 3.5 稳定条件································1

- 1 -

单闭环不可逆直流调速系统设计

目 录

第一章 中文摘要 ································································································ - 1 - 第二章 英文摘要 ·········································································· 错误！未定义书签。 第三章 课程设计的目的和意义 ·············································································· - 1 -

1．电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义 ·············································································

I

任务书

1.设计题目

转速、电流双闭环直流调速系统的设计

2.设计任务

某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路， 基本数据为：

直流电动机：Un=440V，In=365A，nN=950r/min，Ra=0.04, 电枢电路总电阻R=0.0825, 电枢电路总电感L=3.0mH, 电流允许过载倍数=1.5，

折算到电动机飞轮惯量GD2=20Nm2。

晶闸管整流装置放大倍数Ks=40，滞后时间常数Ts=0.0017s 电流反馈系数=0.274V/A (10V/1.5IN) 转速反馈系数=0.0158V min/r (10V/nN) 滤波时间常数取Toi=0.002s，Ton=0.01s

=

=

=15V；调节器输入电阻Ra=40k

3.设计要求

(1)稳态指标: 无静差 (2)动态指标:电流超调量

5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。

II

目录

任务书............................................................................................................................... I 目录....

双闭环调速系统的工作原理及其调试

一、双闭环调速系统的分析

1．双闭环调速系统的原理图

图2-1 转速、电流双闭环调速系统

ST——转速调节器 LT——电流调节器 SF——测速发电机 LH——电流互感器 Ugn、Ufn——转速给定和速度反馈电压 2．双闭环调速系统的工作原理

采用双闭环调速系统即可保证在起动过程中，起动电流不超过某一最大值，而使电机和可控硅元件不会被烧坏，又能保证稳态精度，这主要是依靠电流环和转速环的作用。

3．KZS-1型晶闸管直流调速实验装置 其面板布置图如图2-2所示。 4．转速调节器ST

ST的作用是在起动过程中的大部分时间里，转速调节器ST处于饱和限幅状态，转速环相当于开环，系统表现为恒值电流调节的单环系统，只有转速超调后，ST退出饱和后，才真正发挥线性调节作用，使转速不受负载变化的影响。

ST能将输入的给定和反馈信号进行加法、减法、比例、积分微分等运算，使其输出量按某种规律变化，其原理电路如图2-8所示。

图2-2 面板布置图

图2-3 转速调节器（ST）原理电路图

ST采用集成电路运算放大器组成，它具同相输入和反相输入两个输入端，其输出电压与两个输入端电压之差成正比。

2端为给定输入端，1端

一、 变流变压器容量的计算和选择

在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流供电电压与电网电压往往不一致；此外，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求它们相互隔离，故通常要配用整流变压器，这里选项用的变压器的一次侧绕组采用△联接，二次侧绕组采用Y联接。

U1为一次侧电压, I1为一次侧电流, S为整流变压器的总容量，S为变压器一次侧的容量，

S2为变压器二次侧的容量，U2为二次侧电压，I2为二次侧的电流，m1、m2为相数，以

下就是各量的推导和计算过程。

为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸管交流侧的电压U2只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压U2。 影响U2值的因素有：

(1)U2值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的Idmax。

(2)晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用VT表示。 (3)变压器漏抗的存在会产生换相压降。

(4)平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。 (5)电枢电阻的压降。

综合以上因素得到的U2精确表达式为：

??IUN?1?(rD?rP)dmax?rD??nUTId?? U2???UIA??B?Ckd

南京工程学院毕业设计说明书

南京工程学院

本科毕业设计（论文）

题目： 双闭环直流调速系统的设计与仿真研究

专 业： 自动化

班 级： 10自动化1 学 号: 20100710132 学生姓名： 吴杰 指导教师： 张贞艳 起讫日期： 2014.2～2014.5

南京工程学院毕业设计说明书

Graduation Design (Thesis)

Design and Simulation of

Double Loop DC Motor Control System

By Wu Jie

Supervised by

Associate Prof. Zhang zhenyan

Department of Automation Engineering

Nanjing Institute of Technology

May, 2014

南京工程学院毕业设计说明书

摘 要

为了提高运动控制系统在实际工程中的应用效率，本文介绍了直流调速系统的工程设计方法[1]，利用 MA

目录

目录 ............................................................................................................................................................... - 1 - 1 绪论 ......................................................................................................................................................... - 2 -

1.1 直流调速系统概述 ................................................................................................................... - 2 - 1.2 MATLAB简介 .........................................

工业大学本科毕业设计（论文）

第1章 绪论

1.1 课题的背景、目的及意义

电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。

20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。

本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器，通过在DJDK-1型电力电子技术及电机控制试验装置上的调试,并应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。

1.2 本课题国内、外研究应用情况

近30年来，电力拖动系统得到了迅猛的发展。

单闭环直流调速系统的

设计与仿真实验报告 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真

一、实验目的

1．熟练使用MATLAB下的SIMULINK仿真软件。

2．通过改变比例系数K K以及积分时间常数τ的值来研究K K和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。

二、实验内容

1．调节器的工程设计

2．仿真模型建立

3．系统仿真分析

三、实验要求

建立仿真模型，对参数进行调整，从示波器观察仿真曲线，对比分析参数变化对系统稳定性，快速性等的影响。

四、实验原理

图4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图 调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率，唯一的方法采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统。转速闭环控制可以减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。在直流调速系统中，将转速作为反馈量引进系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值进行系统控制，可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。

当t=0时突加输入K in 时，由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到

K ex (K )=K K