交流异步电动机转速闭环控制系统设计开题报告.doc

湖南工学院毕业设计(论文)开题报告 题　　目 交流异步电动机转速闭环控制系统设计 学生姓名 刘泰波 班级学号 电气本1205班1230140521 专业 电气工程及其自动化 1．研究现状和与背景 随着人类的发展能源需求正极大地影响着全球经济发展，我国同样也面临着经济增长对能源需求的压力。20世纪九十年代我国高耗能产品的耗能量比发达国家高12-15%，能源综合利用效率仅为38%，我国迫切需要提高能源利用效率。电机是能源消耗大户之一，我国电机总装机容量己达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，占工业耗电量的80%，然而直到目前，我国各类在用电机80%以上还是中小型异步电动机，可见我国在电机节能领域有非常大的潜力。电机节能技术最受瞩目的就是变频调速技术，变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性而成为电气传动发展的主流方向。虽然我国变频调速技术研究非常活跃，但是产业化仍很不理想，外国产品几乎占据了我国变频调速技术市场的60%。从总体上看，我国变频传动的技术水平较国际先进水平差距10多年。在大功率交一交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。 异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，通过坐标变换，可以使之降阶并简化，但没有改变其非线性、多变量的本质。转速开环、恒压频比控制的调速系统和转速闭环、转差频率控制的变频调速系统动态性能不够理想，调节器参数很难准确设计，关键就在于只是沿用了单变量控制系统的概念而没有考虑非线性、多变量的本质。 2.选题依据和主要实现内容 (1)选题依据 变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来到交流电动机调速目的及技术。大家知道，从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。因此人们希望，让简单可靠价廉笼型交流电动机也能像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式；由此出现了滑差电机、绕线式电机、同步交流电机,但其调速性能都无法和直流电机相比。直到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展,才出现了变频调速技术。它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，而成为电气传动的中枢。 (2)主要实现内容 通过变频器驱动三相异步电动机旋转，电机尾部接有旋转编码器，编码器高速脉冲信号接入PLC，通过高速计数器指令 准确计算出电机的转速，依靠PLC内部的PID指令 动态的准确调节电机的转速达到设定速度与反馈速度基本一致，实现功能。 3.总体设计方案 (1)方案的选择 针对电动机的转速控制，有开环和闭环两个系统，由于开环系统结构功能简易实现，可电压直接触发控制电动机电路，但是系统的静特性较差；而闭环系统的静特性好。由于社会工业中基于生产稳定和生产需要，广泛使用闭环系统，所以此次设计采用闭环调速系统。 闭环调速系统主要由几个部分组成工作，即可编程逻辑控制器件PLC、变频器、电机和传感器。通过设置给定输入给PLC，电动机的尾部安装有旋转编码器，编码器高速脉冲信号接入PLC，经过PLC控制变频器驱动三相异步电动机，通过高速计数器指令，准确计算出电动机的转速，随后将电动机的转速反馈给PLC，依据PLC内部的PID指令，动态精确的调节电动机的转速，达到设定速度和反馈速度基本一致，从而实现无静差调速，最终实现变频器的闭环速度控制的功能要求。 闭环调速系统设计选择采用编程软件GX Developer进行梯形图程序设计，通过程序分析下载和实验模拟调试，达到实验任务要求。GX Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。而组态仿真软件选用组态王。组态王仿真模拟软件具备适应性强、开放性好、经济实惠、易扩展、开发周期短等一系列特点。一般能够把系统区分为监控层、控制层、管理层。监控层与管理层相连接，又与控制层相连接，不仅实现了现场的实时监控，而且在自动控制系统中起着重要的作用。特别需要思考动画、数据、画面这些情况。组态王仿真软件设计监控系统需要考虑监控系统的要求和实现功能的分析。组态王仿真软件也为使用者提供可视化的监控画面，有益于使用者实时的现场监控。且组态王仿真软件可以十足的利用Windows图形编辑功能，便捷的组成监控画面