《运动控制》设计任务书PWM.doc

《运动控制》课程设计任务书 一、设计题目 直流电机PWM调速系统设计 二、设计目的 直流PWM调速系统由于具有开关频高，低速运行平稳，调速范围宽等优点，在直流调速领域里有相当广阔的发展前景。学生通过对直流电机PWM调速系统设计，了解直流PWM调速系统的硬件构成，并进一步熟悉和掌握调速系统的工程设计方法（典型Ⅰ型和典型Ⅱ型设计方法 ），使学生具有一定的综合分析能力。 三、设计步骤和内容 1．熟悉系统工作原理 2．确定系统总体方案 确定系统控制方案，并由设计要求确定硬件电路（功率转换电路、保护电路，给定环节，反馈电路等）。 3．依据系统设计要求确定系统控制方法 （1）系统各环节建模，并依据各环节数学模型建立系统结构图 （2）依据控制要求及系统结构图设计控制器（包括控制器结构选择、参数确定，控制器实现等） 四、设计要求 控制要求： （1）实现可逆运行； （2）调速范围D不小于10，静差率s不大于5%； （3）动态过渡过程时间ts≤0.15s，电流超调量σi≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调σn≤10%。 五、设计说明书要求 1、内容必须包括设计背景、系统组成（需绘出系统原理图）、系统各环节建模及系统模型、系统设计（调节器结构、参数设计及实现）、结束语、参考文献等部分。 2、书写要求结构合理，内容条理清晰，图表清楚，一律采用A4纸张书写。 3、封面：标题为《运动控制课程设计》说明书；且含“专业、班级、学号、姓名、指导教师、完成日期”各项内容。 六、设计有关参数 选用直流电机，有关参数为：Pnom =100W，Unom=48V，Inom 3.7A，nnom =200r/min，电枢电阻Ra=6.5Ω，飞轮矩GD2=2.9。电枢回路总电阻R=8Ω，电枢回路总电感L=40mH。电源电压US=60V，给定值和调节器输出限幅均为10V。 七、时间安排 集中设计时间为2周。具体分配如下： 设计任务书下达、教育 0.5天 收集资料、了解系统工作原理，初步确定系统方案 1.5天 系统各环节建模，并依据各环节数学模型建立系统结构图 2天 系统设计 4天 设计书编写及整理 2天 第一章 绪论 1.1 背景 在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。一次是元器件的更新，即以大功率半导体器件晶闸管取代传统的变流机组，以线形组件运算放大器取代电磁放大器件。后一次技术更新主要是把现代控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器由模拟式进入了数字式。在前一次技术更新中，电气系统的动态设计仍采用经典控制理论的方法。而后一次技术更新是设计思想和理论概念上的一个飞跃和质变，电气系统的结构和性能亦随之改观。在整个电气自动化系统中，电力拖动及调速系统是其中的核心部分。 现代的电力拖动控制系统都是由惯性很小的晶闸管、电力晶体管或其他电力电子器件以及集成电路调节器等组成的。经过合理的简化处理，整个系统一般都可以用低阶近似。而以运算放大器为核心的有源校正网络（调节器），和由 R、C等元件构成的无源校正网络相比,又可以实现更为精确的比例、微分、积分控制规律,于是就有可能将各种各样的控制系统简化和近似成少数典型的低阶系统结构。 目前，随着大功率电力电子器件的迅速发展，交流变频调速技术已日臻成熟并日渐成为实际应用的主流，但这并不意味着传统的直流调速技术已经完全退出了实际应用的舞台。相反，近几年交流变频调速在控制精度的提高上遇到了瓶颈，于是直流调速的优势就显现了出来。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。譬如在对控制精度有较高要求的造纸，转台，轮机定位等系统中仍离不开直流调速装置，因此加强对直流调速系统的研究还是很有必要的。 1.2 直流调速系统的方案设计 1.2.1 设计已知参数 1、拖动设备：直流电动机： ，过载倍数。 负载：直流发电机： 机组：转动惯量 设计指标 1、D＝４，稳态时无静差。　　 2、稳态转速n=1500r/min, 负载电流0.8A。 3、电流超调量，空载起动到稳态转速时的转速超调量。 、改变电枢回路电阻R。 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系统中采用。弱磁调速范围不大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为