电电力拖动与控制系统课程设计

《电力拖动与运动控制系统》课程设计姓名：学号：专业：专题：双闭环直流调速系统的设计指导教师：设计地点：电工电子实验中心2012年6月课程设计任务书专业年级学号学生姓名任务下达日期：2012年6月5日设计日期：2012年6月11日至2012年6月28日设计专题题目：双闭环直流调速系统的设计设计主要内容和要求：直流调速系统凭借其优良的调速性能在现场中得到了广泛使用，虽然交流电机得到了越来越多的使用，但直流调速系统的理论完全适用于交流电机调速系统的设计。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。2.直流调速系统的主电路设计(1)主电路采用的是：基于H桥的脉宽直流调速系统；(2)根据附录中所提供的直流电机参数，对主电路中的功率器件进行型号选择，要求给出选择依据；(3)给出全控型器件IGBT驱动电路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明；(3)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；(4)要求在主回路设计中需给出相应的保护及缓冲电路。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；(2)根据直流电动机和主回路参数，确定动态结构框图的具体参数；(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；(4)根据设计的PI调节器参数，要求给出带有内外限幅的PI调节器的模拟量电路图；(5)给出直流调速系统的完整结构框图。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(可选)(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。指导教师签字：日期：摘要直流电机调速系统在现代化工业生产中已经得到广泛应用。直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高。针对直流电机调速的方法也很多，目前国内外也研究了一些调速的控制器。例如已经用于实际生产的直流电机无级电子调速控制器采用国际先进的IGBT大功率模块器件和独特自行设计的PWM微电子控制技术，以及节能反馈电路和丰富的保护功能控制电路。适用于无轨机车、矿山井下窄轨机车、磨床、木工机械、服装制作、纺织、造纸印刷等场所。该控制器具有调速平稳，安全可靠，提高生产效率；直流电机正反转控制简便；可以与计算机连接控制等特点。直流电动机有三种调速方法，分别是改变电枢供电电压、励磁磁通和电枢回路电阻来调速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢电压方式为最好，调压调速是调速系统的主要调速方式。直流调压调速需要有专门的可控直流电源给直流电动机，随着电力电子的迅速发展，直流调速系统中的可控变流装置广泛采用晶闸管，将晶闸管的单向导电性与相位控制原理相结合,构成可控直流电源,以实现电枢端电压的平滑调节。直流驱动系统电压控制的方式来调节电枢电压需要一个特殊的可控直流电源。比较常用的可以控制直流电源有以下三个：（1）静态控制整流器。使用静态可控整流得到一个可调的直流电压。（2）直流斩波器或脉宽调制转换器。用不变的直流电源或者不可以控制的整流电源提供电能，使用电力电子开关器件斩波器或脉宽调制，从而产生可以变化的直流电压。（3）旋转变流机组。由交流电机和直流发电机组成单位，获得可调的直流电压。旋转变流机组需要的设备多，体积大，费用高，效率低，安装需打地基，运行有噪声，维护不方便。静止式可控整流器虽然克服了旋转变流机组的许多缺点，而且还大大缩短了响应时间，但闸流管容量小，汞弧整流器造价较高，体积仍然很大，维护麻烦，万一水银泄漏，将会污染环境，危害身体健康。目前，采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统，由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。同时，其对过电压、过电流都十分敏感，容易损坏器件。由于以上种种原因，所以选择了脉宽调制变换器进行改变电枢电压的直流调速系统。关键词：直流，电机调速,PWM目录第一章直流调速系统总体方案.........................................................................................错误!未定义书签。1.1前言........................................................................................................................错误!未定义书签。1.2产品选择方案.......................................................................................................错误!未定义书签。第二章直流调速系统的主电路设计.................................................................................错误!未定义书签。2.1基于H桥的脉宽直流调速系统............................................................................错误!未定义书签。2.2功率器件.................................................................................................................错误!未定义书签。2.3驱动电路................................................................................................................错误!未定义书签。2.4电流电压温度传感器.........................................................................................错误!未定义书签。2.5保护电路.................................................................................................................错误!未定义书签。2.5.1限流电阻...................................................................................................错误!未定义书签。2.5.2泵升电压限制.........................................................................................错误!未定义书签。2.5.3保护电路...................................................................................................错误!未定义书签。2.6电路选择...............................................................................................................错误!未定义书签。2.7触发电路的选择...........................................................................................错误!未定义书签。第三章直流调速系统的控制理论.....................................................................................错误!未定义书签。3.1双闭环直流调速系统的动态结构框图................................................................错误!未定义书签。3.2参数计算................................................................................................................错误!未定义书签。第四章双闭环直流调速系统的Matlab仿真...................................................................错误!未定义书签。4.1Matlab仿真.............................................................................................................错误!未定义书签。4.2Matlab电机仿真...................................................................................................错误!未定义书签。4.3系统仿真结果的输出及结果分析.........................................................................错误!未定义书签。参考文献...............................................................................................................................错误!未定义书签。附录.......................................................................................................................................错误!未定义书签。课程设计心得体会...............................................................................................................错误!未定义书签。-1-第一章直流调速系统总体方案1.1前言本设计的题目是双闭环直流电机调速系统的设计。采用静止式可控整流器即改革后的晶闸管—电动机调速系统作为调节电枢供电电压需要的可控直流电源。由于开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是许多需要调速的生产机械常常对静差率有要求则采用反馈控制的闭环调速系统来解决这个问题。如果对系统的动态性能要求较高，则单闭环系统就难以满足需要。而转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差；构成的滞后校正，可以保证稳态精度；虽快速性的限制来换取系统稳定的，但是电路较简单。所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。