电机与运动控制系统

青岛理工大学自动化工程学院电机与运动控制系统课程设计报告题目：某金属切削加工微机控制直流伺服三环系统设计专业自动化班级自动化143班姓名学号指导教师赵宏才2017年6月28日成绩评语2电机与运动控制系统课程设计任务书一、设计题目题目5：某金属切削加工微机控制直流伺服三环系统设计二、目的意义直流传动系统的主要优点是控制特性优良，能在很宽的范围内平滑调速，调速比大，起制动性能好，定位精度高。本课程设计是自动化专业学生在学完专业课程“电机与运动控制系统”之后进行的一项实践性教学环节。通过此环节，使学生能结合已完成的基础课、技术基础课和专业课对“电机与运动控制系统”课程的主要内容进行较为综合的实际运用，进一步培养学生应用所学的理论知识解决实际设计问题的能力，初步掌握设计的方法和步骤，增强独立查阅资料、分析问题和解决问题的能力，以及刻苦钻研的工作作风和严肃认真的工作态度。为毕业设计和将来从事实际工作奠定基础。三、电动机参数和设计要求金属加工是机械加工生产的重要领域。工艺上要求电动机调速范围宽、起制动性能好，定位准确。本课题针对这一生产要求设计一套直流伺服控制系统，除前面的要求外，还要求定位过程无超调。要求采用大功率PWM电源为电动机供电。控制方式采用三闭环（电流环、速度环、位置环）全数字式。三闭环调速系统是工业生产中重要的拖动控制系统，应用很广泛。本专业学生应充分掌握位置速度和电流双闭环控制系统的结构、系统构成、设备及器件选择、参数整定计算以及绘制系统电路原理图等内容，并能用先进控制器实现控制策略（一）基本参数直流电动机：额定功率kWPN5.1，VUN165，AIN5.11，min/1000rnN，电枢回路总电阻4.2recR，电动势系数144.0eC（二）设计要求1.采用三环全数字式控制方式，即位置环、速度环和电流环；由大功率晶体管脉宽调制放大器给电动机供电2.稳态指标：调速范围宽D=20、静差率5%、稳态无静差、定位无静差2.动态指标：起制动性能好、定位过程无超调量、；理想空载起动到额定转速时的转速超调量3.系统具有过流、过压、过载、过热保护四、设计内容3（一）主回路选择和计算1.选择整流变压器包括：选择整流器（建议选三相全控桥）、变压器二次电压计算、二次相电流2I和一次相电流1I计算、变压器容量计算。2．功率器件及驱动器件的选择3．电路保护环节的选择和计算（二）输入输出通道及其接口设计包括：电流反馈通道、转速反馈通道、位置反馈通道；控制输出通道、伺服系统给定输入通道；微型计算机选择。（三）系统的软件结构控制算法设计：电流环控制器设计、速度环控制器设计、位置环控制器设计（四）绘图画出控制系统主电路电气原理图和和控制电路组成结构图，采用标准图纸打印。五、设计报告（说明书）要求1.论述全面，叙述简洁，层次分明，书写清楚，图形、符号、曲线、数据等符合规范；2.有完整的设计说明、计算过程和系统工作原理；3.图纸清晰，规范，使用标准A×号图纸；4.封面、任务书、图纸、须打印；课设报告摘要、正文、参考文献可手写或打印，统一为A4纸；5.报告字数不少于4000字(不含图纸)。中文摘要（200字左右），英文摘要、关键字（3个），列出参考文献（格式规范）；6.装订：页面左侧装订。装订顺序：封面，任务书，中、英文摘要，目录，正文，参考文献，附录1：电气元器件明细表，附录2：控制系统主电路电气原理图，附录3：控制电路组成结构原理图。六、设计时间和选题安排2016——2017学年第2学期第17周注：学号尾数为4、9的同学选该题2017-6-164基于微机控制直流伺服三环系统设计摘要设计以微型计算机8097为主控器，采用PID算法设计三环全数字式控制器。在本次设计中选择霍尔元件做为电流检测传感器，将检测到的弱电信号用过运算放大器LF356组成的两级放大电路放大滤波后，输入8097内部的A/D转换电路转换进而得到电流反馈量，光电脉冲发生器作为速度检测传感器以及位置传感器，通过光电隔离器PC900和GAL16V8的分频鉴相得到速度反馈量，同时与8097内部的计时器和计数器8254结合以可逆计数方式得到位置反馈量，通过软件设置电流环，速度环和位置环的工作方式。此外，采用串口通信使伺服系统与上位微型计算机实现通信联系以发送各种运行指令，最终实现微型计算机对电流环，速度环和位置环的控制。关键字:微型计算机，8097，三闭环，PIDABSTRACTDesignwithmicrocomputer8097asthemastercontroller,thePIDalgorithmthree-ringfulldigitalcontrollerisdesigned.Selectionofhallelementinthedesignascurrentsensor,usedtodetecttheweakcurrentsignaltwo-stageamplifiercircuitcomposedofoperationalamplifiersLF356afteramplificationfilter,enter8097internalA/Dconversioncircuitcurrentfeedbackisobtained,thephotoelectricpulsegeneratorasspeeddetectionsensorandpositionsensor,throughtheoptoelectronicisolatorPC900andGAL16V8frequencyphasevelocityfeedback,atthesametimetothecounterandwithinthe8097,8254,combinewithreversiblecountingwaygetpositionfeedback,throughthesoftwaresetupthecurrentloop,velocityloopandpositionloopwayofworking.Inaddition,theuseofservosystemandtheuppermicrocomputerserialcommunicationforallcorrespondencetosendoperationinstruction,finallyrealizesthemicrocomputerforthecurrentloop,speedloopandpositionloopcontrol.Keywords:microcomputer,8097,threeclosedloop,PID5目录摘要..........................................................................................................................................................ΙABSTRACT.................................................................................................................................................Ι1绪论.................................................................................................................................................62系统方案设计.....................................................................................................................................72.1设计要求.................................................................................................................................72.2方案论证.................................................................................................................................72.2.1方案一..............................................................................................................................82.2.2方案二.............................................................................................................................92.3方案选择.................................................................................................................................92.4主回路选择和计算..................................................................................................................102.4.1选择整流变压器.........................................................................................................102.4.2功率器件及驱动器件的选择.................................................................................102.4.3电路保护环节的选择和计算.................................................................................112.5输入输出通道及其接口设计...........................................................................................113微型计算机选择及系统原理组成......................................................................................................113.1控制器的选择...................................................................................................................113.1.1输入输出通道及接口设计......................................................................................123.1.2速度环控制器设计...............................................