运动控制课程设计

运动控制系统

课题名称：带电流截至负反馈的转速单闭环直流

调速系统的设计

学院：电气工程学院

年级：09自动化二班

学号：P091813249

姓名：丁永亮

指导老师：吴韬

目录

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（一）设计目的

了解带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的工作原理，熟悉组成环节及每个环节的作用。

(二)设计要求

1. 利用所学知识设计带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统；

2. 设计过程中详细说明系统组成,单闭环直流调速系统的调试方法和电流截至负反馈的整定；

3. 使用MATLAB软件编写调试程序,分析调速系统的机械特性和转速单闭环调速系统的静特性；

(三)设计任务

1) 根据题目要求，分析论证确定系统的组成，画出系统组成的原理框图； 2) 对转速单闭环直流调速系统进行稳态分析及参数设计计算； 3) 绘制原系统的动态结构图;

4) 动态稳定性判断，校正，选择转速调节器并进行设计； 5) 绘制校正后系统的动态结构图；

6) 应用MATLAB软件对转速单闭环直流调速系统进行仿真，验证所设计的调节器是

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否符合设计要求；

7) 加入电流截止负反馈环节；

8) 应用MATLAB软件对带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统进行仿真，完善系统。

(四)设计原理及参数

1) 闭环调速系统组成原理

与电动机同轴安装一个测速发电机，从而产生与转速成正比的负反馈电压Un，与给定电压Un*相比较后，得到转速偏差电压，经过放大器A,产生电力电子变换器UPE所需的控制电压Uc，用以控制电动机的转速。

PI调节器作用是使系统无静差

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电流截止负反馈的作用是在电动机发生超载或堵转的时候电流截止负反馈和给定信号相比较抵消。使电动机处于停止运行状态，以保护电机。

2）设计参数

1)电动机：额定数据为10kv，220v,52A，1460r/min，电枢电阻RS=0.5Ω,飞轮力矩GD2=10N.m2。

2)晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压E2t=230v,触发整流环节的放大系数Ks=40。

3)V-M系统主电路总电阻R=1Ω。

4)测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为23.1w，110v，0.18A，1800r/min。

5)系统静动态指标：稳态无静差，调速指标D=10，s≤5

6)电流截止负反馈环节：要求加入合适的电流截止负反馈环节，使电动机的最大电流限制（1.5-2）IN。

(五)闭环直流调速系统稳态参数的计算

1）额定负载时的稳态速降应为: 7.68r/min

nclnNs14600.05r/min7.68r/minD(1s)10(10.05)

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2）闭环系统应有的开环放大系数：

计算电动机的电动势系数：0.1329V.min/r

CUNINRaen220520.5Vmin/r0.1329Vmin/rN1460

闭环系统额定速降为：391.27r/min

nopINR52C11329r/min391.27r/mine0.

闭环系统的开环放大系数为：49.9

Knop27n1391.cl7.68149.9

3）计算转速负反馈环节的反馈系数和参数 测速发电机的电动势：0.0611V.min/r

Cetg110V1800r/min0.0611Vmin/r

转速反馈电压：16.05 V（α=α2Cetg α2取0.18）

转速反馈系数为：0.010998 V.min/r

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4) 计算运算放大器的放大系数和参数

运算放大器放大系数Kp为: 12.27

运算放大器型号：R0=40KΩ，R1=490.8 KΩ5)判断系统的稳定性计算：

电枢回路的总电感为17.70mH

L0.693U2Idmin

UU2l232303V132.8V

系统中各环节的时间常数：

电磁时间常数Tl:0.018S

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机电时间常数Tm:0.158S

TGD2R101m375C0.158seCm3750.1329300.1329

晶闸管装置的滞后时间常数Ts:0.00167S

T2Km(TlTs)Ts0.158(0.0176980.00167)0TT.001672103.63ls0.0176980.00167

计算出开环放大系数应满足的稳定条件为K≤103.48，又因为

K=40.6，所以系统稳定。

6) PI调节器设计

K原始系统的开环传递函数

W(s)(Tss1)(TmTls2Tms1)

原始闭环系统的开环传递函

W(s)50(0.1377s1)(0.0203s1)(0.00167s1)参数计算：11T1.1377s7.26s110

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21149.25s1T20.0203s

311600s1T30.00167s

Wc2=119.82s-1

L1=31.5dB

Kpi=0.3265

τ=0.4227

PI调节器的传递函数为 Wpi(s)= (0.13799s+1)／ 0.42s

(六) 设计带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统的框图及MATLAB软件仿真

1）单闭环直流系统的结构图

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仿真波形如下：

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2)加入PI调节器后仿真，经调整系数后仿真波形

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3）加入电流截止负反馈后仿真波形

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PI调节器作用是使系统无静差电流截止负反馈的作用是在电动机发生超载或堵转的时候电流截止负反馈和给定信号相比较抵消。使电动机处于停止运行状态，以保护电机。

根据上面不同情况下的仿真波形可以知道，符合上面各参数的运行，说明设定的参数与运行框图都满足设计要求。

(七) 总结

通过本次设计，了解带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的工作原理，熟悉组成环节及每个环节的作用。熟悉了对MATLAB软件的运用，在每个环节的参数运算及设

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定中，更进一步的理解了课堂所学知识，更对带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的应用和工作原理有了本质上的认识。加强了自己的思考与动手能力。

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