直流調(diào)速系統(tǒng)課程設計任務書

1、?電力拖動與運動控制系統(tǒng)?課程設計任務書2021-2021第2學期設計專題題目：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設計一、課程設計的目的課程設計是教學方案規(guī)定的一個重要教學環(huán)節(jié)，是一個綜合運用所學知識解決工程實際問題的過程。本課程設計不僅需要控制理論、硬件設計、程序設計等方面的根底知識，而且還需要具備一定的生產(chǎn)工藝知識。設計包括明確控制系統(tǒng)要求、系統(tǒng)總體方案設計、系統(tǒng)仿真、硬件系統(tǒng)設計、控制軟件的設計等，以便使學生掌握計算機控制系統(tǒng)設計的總體思路和方法。課程設計需要提供設計報告，通過提交設計報告提高學生們編寫報告的水平。二、設計內(nèi)容和要求直流調(diào)速系統(tǒng)憑借其優(yōu)良的調(diào)速性能在現(xiàn)場中得到了廣泛使用，雖然交流電機得

2、到了越來越多的使用，但直流調(diào)速系統(tǒng)的理論完全適用于交流電機調(diào)速系統(tǒng)的設計。針對附錄中提供的直流電機參數(shù)，進行直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設計。要求該直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、起制動性能好、可四象限運行，具體設計內(nèi)容如下：1. 緒論介紹直流調(diào)速在工業(yè)生產(chǎn)中的應用及直流調(diào)速理論的開展，通過調(diào)查市場上的直流調(diào)速產(chǎn)品，了解目前直流調(diào)速產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與功能。2. 直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路設計(1) 根據(jù)提供的直流電動機參數(shù)，選擇相應的主電路形式，主電路主要采用兩種形式：基于H橋的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)、晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)。(2) 根據(jù)附錄中所提供的直流電機參數(shù)和選擇的主電路形式，對主電路中的功率器件進行型號選擇，并要求給出

3、選擇依據(jù)；(3) 根據(jù)選擇的主電路拓撲結(jié)構(gòu)所采用的電力電子器件，設計或選擇電力電子器件的驅(qū)動電路。要求給出所設計或選擇的晶閘管觸發(fā)電路、全控型器件IGBT驅(qū)動電路的原理圖，并對驅(qū)動電路的原理簡要說明。(4) 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，選擇相應的電壓、電流和溫度等傳感器，要求給出具體型號；(5) 要求在主回路設計中需給出相應的保護及緩沖電路；(6) 列出所選用主電路的器件清單(包括：名稱、型號、廠商、數(shù)量、參考價格)。3. 直流調(diào)速系統(tǒng)的控制理論(1) 給出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程與特點；(2) 根據(jù)提供的直流電動機參數(shù)和所設計的電力電子變換環(huán)節(jié)參數(shù)，確定動態(tài)結(jié)

4、構(gòu)框圖各環(huán)節(jié)的具體參數(shù)；(3) 運用工程化設計方法對直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器進行參數(shù)設計，要求必須給出限幅的具體參數(shù)及依據(jù)，以表格的形式總結(jié)所設計的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)；(4) 利用Protel軟件繪制帶有內(nèi)外限幅的PI調(diào)節(jié)器的模擬電路圖，要求根據(jù)設計的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)確定調(diào)節(jié)器中電阻和電容的參數(shù)；(5) 給出確定各環(huán)節(jié)參數(shù)后的直流調(diào)速系統(tǒng)完整結(jié)構(gòu)框圖。4. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的Matlab仿真(1) 根據(jù)上述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，建立Matlab仿真模型，并對調(diào)節(jié)器參數(shù)設計的合理性進行驗證；(2) 運用Matlab/Simulink下的電機模型，建立基于電機模型的仿真模型，并對

5、調(diào)節(jié)器的參數(shù)作出調(diào)整。5. 數(shù)字控制器的設計(1) 硬件設計：根據(jù)所選數(shù)字處理器，進行相應硬件電路的設計，要求包括PWM輸出、AD采樣及信號處理電路、編碼器接口等；(2) 軟件設計：給出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的整體控制流程圖，并給出增量式PI調(diào)節(jié)器、數(shù)字測速的程序流程框圖。三、參考資料1 陳伯時，電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第4版)M.北京：機械工業(yè)出版社,2021.2 陳伯時，電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第3版)M.北京：機械工業(yè)出版社,2005.3 湯蘊繆，等.電機學(第三版).北京：機械工業(yè)出版社，2007.4 謝克明，等.自動控制原理(第二版).北京：電子工業(yè)出版社，2021.5

6、王兆安，等.電力電子技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社，2000.6 洪乃剛，電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真，北京：機械工業(yè)出版社，2006.附錄：直流電機參數(shù)直流電機1：額定功率Pe=3kW；額定電壓Ue=220V額定電流Ie=17.3A；額定轉(zhuǎn)速ne=1500r/min 電樞回路總電阻R=2.5; 電磁時間常數(shù)Tl=0.017s;機電時間常數(shù)Tm=0.076s；電動勢系數(shù)Ce=0.1352V/r.min-1 )直流電機2：額定功率: 2.2kW 額定電壓:220V額定電流:Ie=12.5A 額定轉(zhuǎn)速: ne=1500r/min電樞回路總電阻R=2.5; 電磁時間常數(shù)Tl=0.010

7、s;機電時間常數(shù)Tm=0.073s；電動勢系數(shù)Ce=0.1352V/r.min-1 )直流電機3：額定功率Pe=1.5kW；額定電壓Ue=156V額定電流Ie=11.5A；額定轉(zhuǎn)速ne=1000r/min 電樞回路總電阻R=2.4; 電磁時間常數(shù)Tl=0.004s;機電時間常數(shù)Tm=0.07s；電動勢系數(shù)Ce=0.144V/r.min-1 )直流電機4：額定功率Pe=15KW；額定電壓Ue=440V額定電流Ie=39.3A；額定轉(zhuǎn)速ne=1510r/min 電樞回路總電阻R=0.806; 電磁時間常數(shù)Tl=0.0167s;機電時間常數(shù)Tm=0.76s；電動勢系數(shù)Ce=0.270V/r.min-

8、1 )直流電機5：額定功率Pe=18KW；額定電壓Ue=220V額定電流Ie=94A；額定轉(zhuǎn)速ne=1000r/min 電樞回路總電阻R=0.45; 電磁時間常數(shù)Tl=0.0297s;機電時間常數(shù)Tm=0.427s；電動勢系數(shù)Ce=0.2059V/r.min-1 )直流電機6：額定功率Pe=10KW；額定電壓Ue=220V額定電流Ie=55A；額定轉(zhuǎn)速ne=1000r/min 電樞回路總電阻R=0.6; 電磁時間常數(shù)Tl=0.00833s;機電時間常數(shù)Tm=0.045s；電動勢系數(shù)Ce=0.1925V/r.min-1 )直流電機7：額定功率Pe=11KW；額定電壓Ue=230V額定電流Ie=4

9、7.8A；額定轉(zhuǎn)速ne=1450r/min 電樞回路總電阻R=1.8; 電磁時間常數(shù)Tl=0.00278s;機電時間常數(shù)Tm=0.2021s；電動勢系數(shù)Ce=0.1290V/r.min-1 )直流電機8：額定功率Pe=3.7kW；額定電壓Ue=220V額定電流Ie=20A；額定轉(zhuǎn)速ne=1000r/min 電樞回路總電阻R=1.5; 電磁時間常數(shù)Tl=0.018s;機電時間常數(shù)Tm=0.080s；電動勢系數(shù)Ce=0.206V/r.min-1 )直流電機9：額定功率Pe=60kW；額定電壓Ue=220V額定電流Ie=308A；額定轉(zhuǎn)速ne=1000r/min 電樞回路總電阻R=0.18; 電磁時

10、間常數(shù)Tl=0.012s;機電時間常數(shù)Tm=0.120s；電動勢系數(shù)Ce=0.196V/r.min-1 )直流電機10：額定功率Pe=200W；額定電壓Ue=220V額定電流Ie=1.2A；額定轉(zhuǎn)速ne=1600r/min 電樞回路總電阻R=5.2; 電磁時間常數(shù)Tl=0.0091s;機電時間常數(shù)Tm=0.4825s；電動勢系數(shù)Ce=0.1290V/r.min-1 )直流電機11：額定功率Pe=3kW；額定電壓Ue=160V額定電流Ie=24A；額定轉(zhuǎn)速ne=1540r/min 電樞回路總電阻R=0.785; 電磁時間常數(shù)Tl=0.00306s;機電時間常數(shù)Tm=0.09437s；電動勢系數(shù)C

11、e=0.0917V/r.min-1 )直流電機12：額定功率Pe=15kW；額定電壓Ue=160V額定電流Ie=120A；額定轉(zhuǎn)速ne=1000r/min 電樞回路總電阻R=0.4; 電磁時間常數(shù)Tl=0.023s;機電時間常數(shù)Tm=0.2s；電動勢系數(shù)Ce=0.136V/r.min-1 )直流電機13：額定功率Pe=1.5kW；額定電壓Ue=220V額定電流Ie=8.7A；額定轉(zhuǎn)速ne=1500r/min 電樞回路總電阻R=5.26; 電磁時間常數(shù)Tl=0.021s;機電時間常數(shù)Tm=0.016s；電動勢系數(shù)Ce=0.132V/r.min-1 )直流電機14：額定功率Pe=22kW；額定電壓Ue=220V額定電流Ie=116A；額定轉(zhuǎn)速ne=1500r/min 電樞回路總電阻R=0.112; 電磁時間常數(shù)Tl=0