運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計vm雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計--V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計上海電機學院成教學院 課程設(shè)計任務書課程設(shè)計題目：V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化班級成0956學生姓名余金賢學號12號指導教師劉小玲起止日期：2011年4月16日起――至2011年5月14日止Ω，電樞回路電磁時間常數(shù)TL0.0s，系統(tǒng)機電時間常數(shù)Tm0.0363s,系統(tǒng)飛輪力矩GD2N.m2時，轉(zhuǎn)速和電流給定電壓最大值分別為10V,V。（2）要求按工程設(shè)計方法設(shè)計，使調(diào)速系統(tǒng)的電流超調(diào)量，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量，其過渡過程時間,穩(wěn)態(tài)無靜差。中文摘要、目錄正文、參考文獻等文理通順，內(nèi)容正確完整3000字（一般不超過5000字）。中文摘要本文設(shè)計主要介紹了由晶閘管-直流電動機（V-M）組成的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖及動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并按工程設(shè)計設(shè)計法對雙閉環(huán)系統(tǒng)的ACR和ASR進行設(shè)計，在工程設(shè)計中闡述了需要注意的問題，并對晶閘管的電壓、電流做了額定計算，及平波電抗器的計算，最后得出了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主、控電路并作了總結(jié)和設(shè)計心得。雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當前應用廣泛、經(jīng)濟、適用的電力傳動系統(tǒng)。它具有調(diào)速范圍廣、精度高、動態(tài)性能好、易于控制和抗干擾能力強的優(yōu)點。也是構(gòu)成各種可逆調(diào)速系統(tǒng)或高性能調(diào)速裝置的核心。因此雙閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計最有最重要的實際意義。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的調(diào)解下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。本設(shè)計是基于V-M調(diào)速系統(tǒng)的直流電動機可逆調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計中使用工程法對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的ACR及ASR進行整定。主電路采用由晶閘管構(gòu)成的三相橋式可控整流電路，可逆方案采用兩組晶閘管反并聯(lián)的方式，晶閘管的觸采使用由集成芯片TC787構(gòu)成的觸發(fā)電路。系統(tǒng)同時還具有過壓、過流、緩沖保護等措施。系統(tǒng)不論是穩(wěn)態(tài)性能還是動態(tài)性能都滿足了設(shè)計要求調(diào)速課程設(shè)計任務書 I中文摘要 III目錄 IV1、任務和要求 11.1設(shè)計任務 11.2設(shè)計要求 11.3穩(wěn)態(tài)指標： 11.4動態(tài)指標 12、設(shè)計思路 22.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 22.2環(huán)節(jié)設(shè)計、部件選擇及參數(shù)計算 22.3系統(tǒng)原理圖 22.4建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型 33、設(shè)計方框圖 54．各系統(tǒng)及其性能指標 64.1典型Ⅰ系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標的關(guān)系 6典型Ⅰ型系統(tǒng) 6Ⅰ型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能 6Ⅰ型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 7Ⅰ型系統(tǒng)的頻率特性 74.2典型Ⅱ型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標的關(guān)系 8典型Ⅱ型系統(tǒng) 8性能指標與參數(shù)關(guān)系 95．工程設(shè)計中的近似處理 115.1高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理 115.2低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理 126．各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算 136.1電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 13已知條件 136.2電機基本參數(shù)計算 147.電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計 148．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 158.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR結(jié)構(gòu) 168.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR參數(shù)選擇 17小結(jié) 19致謝 20參考文獻 211、任務和要求1.1設(shè)計任務Ω，電樞回路電磁時間常數(shù)TL0.0s，系統(tǒng)機電時間常數(shù)Tm0.0363s,系統(tǒng)飛輪力矩GD2N.m2時，轉(zhuǎn)速和電流給定電壓最大值分別為10V,V。1.2設(shè)計要求按工程設(shè)計方法設(shè)計，1.3穩(wěn)態(tài)指標：穩(wěn)態(tài)無靜差。電流超調(diào)量空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。動態(tài)過渡過程時間速度和電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（雙環(huán)），是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展起來的，調(diào)速系統(tǒng)使用比例積分調(diào)節(jié)器，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速。又采用電流截止負載環(huán)節(jié)，限制了起（制）動時的最大電流。這對一般的要求不太高的調(diào)速系統(tǒng)，基本上已能滿足要求。但是由于電流截止負反饋限制了最大電流，加上電動機反電勢隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流到達最大值后迅速降下來，這樣，電動機的轉(zhuǎn)距也減小了，使起動加速過程變慢，起動（調(diào)整時間ts）的時間就比較長。在這些系統(tǒng)中為了盡快縮短過渡時間，所以希望能夠充分利用晶閘管元件和電動機所允許的過載能力，使起動的電流保護在最大允許值上，電動機輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)速可直線迅速上升，使過渡過程的時間大大縮短。另一方面，在一個調(diào)節(jié)器輸出端綜合幾個信號，各個參數(shù)互相調(diào)節(jié)比較困難。為了克服這一缺點就應用轉(zhuǎn)速，電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。

根據(jù)總體結(jié)構(gòu)要求設(shè)計各基本環(huán)節(jié)，由于電動機參數(shù)已經(jīng)題意確定，所以需設(shè)計的環(huán)節(jié)主要有：電流、轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)，晶閘管及其觸發(fā)電路，電流、轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器等。由于設(shè)計時間有限，觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)可不考慮。最后根據(jù)已確定的各環(huán)節(jié)選擇部件及計算參數(shù)。系統(tǒng)原理圖可以簡化。但為了給建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型打下基礎(chǔ)，控制信號、反饋原理信號比較、調(diào)節(jié)原理和驅(qū)動電動機運行原理等都應在系統(tǒng)原理圖中表示清楚。圖2-1動態(tài)參數(shù)設(shè)計流程最終結(jié)果應滿足生產(chǎn)機械工藝要求提出的靜態(tài)與動態(tài)性能指標。在實際應用中雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是應用得比較廣泛的，而且也是比較典型的一種，也還是構(gòu)成各種可逆調(diào)速系統(tǒng)的核心。2.4建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型由轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋組成，屬于多環(huán)控制系統(tǒng)，其動態(tài)結(jié)構(gòu)如下圖（圖2-2）： 其結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外，一環(huán)包圍一環(huán)，每一閉環(huán)都設(shè)有本環(huán)的調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，而電流調(diào)節(jié)器的輸出則去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，稱外環(huán)。為了使轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能。電流、轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器一般采用輸出帶限幅的PI調(diào)節(jié)器。2-2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中s―對應于給定轉(zhuǎn)速的控制電壓信號；Uns―對應于實際轉(zhuǎn)速的反饋電壓信號；ΔUns―對應于轉(zhuǎn)速偏差的電壓信號；Uis）―對應于控制電流的電壓信號；Ucts―對應于控制電壓信號；Ud0s―PWM驅(qū)動電路輸出的空載電壓；Es―電動機的反電動勢；Ids―電動機的電樞電流；Is―對應于電動機負載轉(zhuǎn)矩的負載電流；ns―電動機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速；T―轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)濾波時間常數(shù)；Toi―電流反饋環(huán)節(jié)濾波時間常數(shù)；K,TPWM―脈寬調(diào)制器和PWM變換器放大倍數(shù)與其近似慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)；R―電動機電樞回路總電阻；T―電動機電磁回路時間常數(shù)；Tm―包括電動機在內(nèi)的系統(tǒng)機電時間常數(shù)；Ce―電動機在額定磁通下的電動勢轉(zhuǎn)速比；ASR―系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器；ACR―系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器；―速度反饋系數(shù)；―電流反饋系數(shù)。設(shè)計此動態(tài)結(jié)構(gòu)圖時，應先設(shè)計各模塊的傳遞函數(shù)并求出各模塊的參數(shù)和時間常數(shù)，再根據(jù)“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”的原則分別設(shè)計ACR和ASR.ACR和ASR的設(shè)計是動態(tài)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計的重點。其設(shè)計方法一般為先確定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，然后確定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計可根據(jù)所設(shè)計閉環(huán)的控制（輸出）量的要求及校正成哪一種典型系統(tǒng)的需要，在P,PI,PD,PID等類調(diào)節(jié)器中選一種。而調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計則主要根據(jù)該閉環(huán)的輸人、輸出、各環(huán)節(jié)的參數(shù)及校正的目標系統(tǒng)的需要，通過計算而取得。另外也要考慮兩個調(diào)節(jié)器限幅等非線性作用。數(shù)學模型建立過程中，主要有兩項工作：一是要確定傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)；二是要計算各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)和放大系數(shù)（比例系數(shù)）4．各系統(tǒng)及其性能指標4.1典型Ⅰ系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標的關(guān)系典型Ⅰ型系統(tǒng)典型Ⅰ型系統(tǒng)的開環(huán)才傳遞函數(shù)為：由上式的結(jié)構(gòu)可以看出典型Ⅰ型系統(tǒng)由一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)相乘得來，其方框圖如下：圖4-1典型Ⅰ型系統(tǒng)由上圖可以看出來典型Ⅰ型系統(tǒng)是一個由積分環(huán)節(jié)和一