直流电机双闭环系统课程设计刘新钊重点解读.doc

摘 要 本课题设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统，该变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器、工控机等构成。本系统包含三台水泵电机，它们组成变频循环运行方式。采用变频器实现对三相水泵电机的软启动和变频调速，运行切换采用“先启先停”的原则。压力传感器检测当前水压信号，送入PLC与设定值比较后进行PID运算，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电机的转速来改变供水量，最终保持管网压力稳定在设定值附近。利用组态软件开发良好的运行管理界面，实现运行状态动态显示及数据、报警的查询。系统能够实现功能： 1.具有全自动/手动运行切换、停止及异地操作功能； 2.变频器对电机进行软启软停,可消除水锤效应以减少设备损耗，延长电机寿命； 3.具有完善的电气安全保护措施，对过流、过压、欠压、过载、断水等故障均能自行诊断并报警。 关键词：变频调速；恒压供水；PLC；组态 目 录 摘要 I 目录 II 1．绪论 1 1．1直流调速系统的概述 1 1.1.1直流电动机的调速方法 1 1.2 PWM的相关介绍 2 2总体方案设计 4 2.1 方案比较 4 2.2 方案论证 5 2.3 方案选择 5 2.4 设计内容和要求 6 2.4.1设计内容 6 2.4.2设计要求 7 2.4.3设计参数 7 3单元模块设计 8 3.1转速给定电路设计 8 3.2转速检测电路设计 8 3.3电流检测电路设计 9 3.4 整流及晶闸管保护电路设计 10 4.双闭环直流调速系统设计 12 4.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 12 4.1.1双闭环调速系统的组成 12 4.1.2稳态结构框图和静特性 15 4.1.3 稳态参数计算 17 4.2转速、电流双闭环直流调速系统的动态模型 17 4.2.1 动态抗扰性能分析 18 4.3 调节器的设计 20 4.3.1 电流调节器的设计 21 4.3.2 转速调节器的设计 23 4.3.3调速系统的开环传递函数 26 5系统调试 27 5.1系统MATLAB仿真 27 5.2 系统的建模与参数设置 27 5.3 系统仿真结果的输出及结果分析 28 6单闭环直流调速系统设计 30 6.1闭环调速系统的组成及其静特性 30 6.1.1系统组成 30 6.1.2 静特性 31 6.2 稳态参数计算 32 6.3 传递函数 33 总结 34 参考文献 35 致谢 36 1．绪论 1．1直流调速系统的概述 三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用直流电动机的调速方法（1）调节电枢供电电压U改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。（2）改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，（3）改变电枢回路电阻R在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动