力电拖动与运动控制系统课程设计双闭环直流调速系统的设计本科论文.doc

《电力拖动与运动控制系统》 课程设计 专 题： 双闭环直流调速系统的设计 2014 年 月 针对附录中提供的直流电机参数，进行直流电机调速系统的设计。要求该直流调速系统调速范围宽、起制动性能好、可四象限运行，具体设计内容如下： 1. 绪论 介绍直流调速在工业生产中的应用及直流调速理论的发展，通过调查市场上的直流调速产品，了解目前直流调速产品的结构与功能。 2. 直流调速系统的主电路设计 (1) 根据提供的直流电动机参数，选择相应的主电路形式，主电路主要采用两种形式：基于H桥的直流脉宽调速系统、晶闸管—电动机直流调速系统。 (2) 根据附录中所提供的直流电机参数和选择的主电路形式，对主电路中的功率器件进行型号选择，并要求给出选择依据； (3) 根据选择的主电路拓扑结构所采用的电力电子器件，设计或选择电力电子器件的驱动电路。要求给出所设计或选择的晶闸管触发电路、全控型器件IGBT驱动电路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明。 (4) 根据系统控制要求，选择相应的电压、电流和温度等传感器，要求给出具体型号； (5) 要求在主回路设计中需给出相应的保护及缓冲电路； (6) 列出所选用主电路的器件清单(包括：名称、型号、厂商、数量、参考价格)。 3. 直流调速系统的控制理论 (1) 给出双闭环直流调速系统的动态结构框图，掌握双闭环直流调速系统的起动过程与特点； (2) 根据提供的直流电动机参数和所设计的电力电子变换环节参数，确定动态结构框图各环节的具体参数； (3) 运用工程化设计方法对直流调速系统的调节器进行参数设计，要求必须给出限幅的具体参数及依据，以表格的形式总结所设计的转速调节器、电流调节器的参数； (4) 利用Protel软件绘制带有内外限幅的PI调节器的模拟电路图，要求根据设计的PI调节器参数确定调节器中电阻和电容的参数； (5) 给出确定各环节参数后的直流调速系统完整结构框图。 4. 双闭环直流调速系统的Matlab仿真 (1) 根据上述双闭环直流调速系统的动态结构框图，建立Matlab仿真模型，并对调节器参数设计的合理性进行验证； (2) 运用Matlab/Simulink下的电机模型，建立基于电机模型的仿真模型，并对调节器的参数作出调整。 5. 数字控制器的设计 (1) 硬件设计：根据所选数字处理器，进行相应硬件电路的设计，要求包括PWM输出、AD采样及信号处理电路、编码器接口等； (2) 软件设计：给出双闭环直流调速系统的整体控制流程图，并给出增量式PI调节器、数字测速的程序流程框图。 成绩： 指导教师签字： 日 期： 摘 要 直流电动机调速系统在当前的工业生产中应用相当广泛。直流电动机和交流电动机相比，其制造工艺复杂，生产成本高、维修困难，需备有直流电源才能使用。但因直流电动机具有宽广的调速范围，平滑的调速特性，较高的过载能力和较大的起动、制动转矩，因此被广泛地应用于调速性能要求较高的场合。 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。双闭环是指转速环和电流环，由于调速系统的主要被控量是转速,，故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 目前，发达国家应用的先进电气调速系统几乎完全实现了数字化，双闭环控制系统已经普遍的应用到了各类仪器仪表，机械重工业以及轻工业的生产过程中。随着全球科技日新月异的发展，双闭环控制系统总的发展趋势也向着控制的数字化，智能化和网络化发展。 而在我们国内，双闭环控制也已经经过了几十年的发展时期，目前已经基本发展成熟，但是目前的趋势仍是追赶着发达国家的脚步，向着数字化发展。 关键词：直流、双闭环、转速调节器、电流调节器、MATLAB仿真 目 录 1 绪论 6 2 直流调速系统的主电路设计 7 2.1 晶闸管--电动机直流调速系统 7 2.1.1主电路拓扑结构 7 2.1.2电力电子器件选型方法 7 2.1.3 功率器件的工程选择方法 8 2.2电力电子器件的驱动电路 10 2.2.1驱动电路的作用 10 2.2.2驱动电路的基本任务 10 2.2.3触发电路定义、分类及其要求 10 2.2.4晶闸管触发电路的形式 10 2.3信号检测及处理电路 11 2.3.1 模拟量的输入通道 12 2.3.2直流调速系统控制需要检测的信号 12 2.3.3温度检测 12 2.3.4转速检测 13 3 直流调速系统的控制理论 14 3.1 调节器输出