自动控制课程设计直流调速系统与控制系统

1、课 程 设 计课程设计课程名称： 电力拖动自动控制系统课程设计 设计题目： 直流调速系统与控制系统 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 班级学号： 指导老师： 完成时间： 2011年11月25日 目录1双闭环直流调速系统的现状与发展趋势。2双闭环直流调速系统的组成与工作原理。3双闭环直流调速系统的主电路设计与电路图。3.1双闭环直流调速系统的主电路3.2双闭环直流调速系统的控制电路4单片机控制系统设计与系统原理。4.1基于单片机的水位控制系统的工作原理 4.2基于单片机的通用水位自动控制系统的硬件设计 4.3 基于单片机的水位自动控制系统的软件设计5. 结束语。1.双闭环直流调速系统的现状

2、与发展趋势当前全球经济发展过程中，有两条显著的相互交织的主线：能源和环境。能源的紧张不仅制约了相当多发展中国家的经济增长，也为许多发达国家带来了相当大的问题。能源集中的地方也往往成为全世界关注的热点地区。而能源的开发与利用又对环境的保护有重大影响。全球变暖、酸雨等一系列环境灾害都与能源的开发与利用有关。能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水品的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。有资料表明，受资金、技术、能源价格的影响，中国能源利用率比发达国家低很多。90年代中国高耗能产品的耗能量一般比发达国家高12%55%左右，90%的

3、能源在开采、加工转换、储运和终端利用过程中损失和浪费。如果进行单位gnp能耗（吨标准煤/千美元）的国家比较（90年代中期），中国分别是瑞士、意大利、日本、法国、德国、英国、美国、加拿大的14.4倍、11.3倍、10.6倍、8.8倍、8.3倍、7.2倍、4.6倍和4.3倍。1995年，中国火电厂煤耗为412克标准煤kw/h，是国际先进水平的1.27倍。由此可见，对能源的有效利用在我国已经非常迫切。作为能源消耗大国之一的电机在节能方面是大有潜力可挖的。我国电机的总装机量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电量的80%。我国各类在用电机中，80%以上在0.55-220kw以下的中小型

4、异步电动机。我国在用电机拖动系统的总体装备水品仅相当于发达国家50年代水平。因此，在国家十一五计划中，点击系统节能方面的投入将高达500亿元左右。所以直流调速系统在我国将有非常巨大的市场需求。目前，国内直流调速系统的研究非常活跃，但是在产业化发展方面还不是非常理想，市场的很大一部分还是被国外的公司占据。因此，为了加快国内直流调速系统的发展，就需要对国际直流调速技术的发展趋势和国内的市场需求有一个全面的了解。直流双闭环调速系统是工业生产过程中应用最广泛的电气传动装置之一。广泛的应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制中。它在以计算机作为工具的仿真系统应用时不仅能省钱，而且安全，

5、周期短见效快。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流调速系统无论在理论上还是实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流调速系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备。在各种高精工业生产中，工作可靠、速度控制精度高，并且不受环境因素等影响，具有参数自整定、故障报警、故障记忆等功能，给用户的使用、维护提供极大方便的调速系统成为了当今的热门。而计算机和直流双闭环调速系统的结合体，刚好具有以上特点。因而，将来相当长的一段时间内，它将具有不可替代的优势。 2双闭环直流调速系统的组成与工作原理给定调节器1调节器2触发电路正桥功放三相全

6、控整流电流反馈与过流保护三相电源输出转速变 换励磁电源tgaavvmgr1r2rc2c1u1u2i1i2lductuif图2双闭环直流调速系统的原理图电动机在启动阶段，电动机的实际转速（电压）低于给定值，速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值，速度调节器工作在开环状态，速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器，此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号，直流电压迅速上升，直流也随即增大直到等于最大给定值，电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流（堵转电流）可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后，速度调节器输入端的偏差

7、信号减小到近于零，速度调节器和电流调节器推出饱和状态，闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动，速度调节器输入端的偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压，使整流桥输出的直流电压相应变化，从而校正和补偿电动机的转速偏差。另外电流调节器的小时间常数，还能够对因电网波动引起的电动机电枢电流的变化进行快速调节，可以在电动机转速还未来得及发生改变时，迅速使电流电流恢复到原来值，从而使速度更好的稳定于某一转速下运行。3.1双闭环直流调速系统的主电路电动机的电源控制电路采用桥式整流电路对三相电源进行整流，整流后通过igbt对电机的电压进行控制，利用电流互感器对主电路电流进行电流反馈和

8、过电流保护。为了使电路中的电流变得更加平缓，故在主电路当中加入了平波电抗器，变流器在最小输出电流i时仍能维持电流连续时电抗器电感量l按下式计算。在三相整流桥中k取1.12，则l=200mh。电机的主电路如图双闭环直流调速系统主电路所示。3.2双闭环直流调速系统的控制电路控制电路如图双闭环直流调速系统控制电路图所示按所用运算放大器取r0=40千欧，各电阻电容值计算如下：r=kr=1.01340=40 c= =0.75c = =0.2按上述参数，电流环可以达到的动态指标为%=4.5% <5%,能满足设计要求。4.1基于单片机的水位控制系统的工作原理   通用水位

9、自动控制系统工作流程如下：由浮球液位变送器传送来的电流信号经过前级放大和a/d转换进入单片机，经单片机计算处理（与用户的设定值作比较）。将输出数字量进行d/a转换送给电动机执行机构。系统采用典型的闭环控制。根据系统工作原理和系统用户的一般要求，考虑到构成现场总线控制系统时与上位机的通讯以实现数据共享的要求，系统中加入了通讯模块。系统结构图如下。浮球液位器信号前级放大器/转换监控主程序键盘 显示系统上位机系统结构图4.2基于单片机的通用水位自动控制系统的硬件设计系统硬件部分的设计采用模块化的设计方法，根据功能的不同，把系统划分为如下模块功能模块划分水位控制主模块a/d转换输入模块人机交互模块抗干

10、扰模块上位机通讯模块d/a转换输出模块系统模块图   输入模块的硬件设计分为前级电流/电压转换和a/转换电路的设计。前级电流，电压转换电路用于放大浮球液位变送器的检测结果，其主要部件可调放大器采用芯片，考虑到现场的实际情况，对其外围加入电容作一定的抗干扰和滤波处理。/转换芯片采用美国公司的芯片，单片机采用查询方式通过口不断查询状态。当为时，表示从完成一次转换。单片机通常通过两次读取操作来将数据读入，当/，时，读取高位；当/，读取低位。数据读取完成后，单片机将/和端置低，以启动下一次转换，此时输出为低电平。芯片采用并行方式下的数据转换时序。人机交互模块的硬件设计即键

11、盘显示驱动电路。系统采用公司通用人机接口芯片将的、口显示输出线分别与个译码跳动器的输入端相连。控制面板上的键数按用户自己的需要进行设定。以设定一个特定值为例加以说明。当按下“设定”键后，面板上位数码管熄灭。此时状态标明该测试仪正在等待操作人员键入设定的特定值数据。此时按一次“加”键，则最后一位显示的水位的的数值增加，满自动进位，按“减”时，则最后一位显示的水位的的数值减，不够自动借位。如果输入了错误的值，则可以按“复位”键才使水位值回到初始状态。如果输入完毕。则可以按“模式”键，再按“复位”键确定，则系统自动进入监控主程序。    通讯电路的硬件设计选择maxim

12、公司生产的低功耗，单电源双rs232发送，接器作为控制芯片，采用db-9连接器。结合rs232c数据线和max232芯片各个引脚的定义，让单片机的txd和rxd端通过max232分别与上位机的txd和rxd端直接连接，组成最简单的基本通讯电路。4.3 基于单片机的水位自动控制系统的软件设计    主监控程序本质为一个数值比较程序，为防止其开关的频繁动作和测量误差，在程序中设置死区作为系统的过渡。    人机交互程序的主要作用是对键盘输入信号进行处理，对键盘的查询选用定时中断扫描方式，按系统要求处理单按键，并且每按一次键只处理一次按键的

13、要求。系统上电后，首先对8279芯片进行初始化。然后进入用户设定程序。当有键按下时，单片机产生外部中断。在中断服务程序中进行键值读入，并存放在一个固定单元，此时主程序再对键值进行分析判断和处理。通信程序遵循标准232口通信协议的波特率1200bps，选用定时器t1作为波特率发生器，晶振为2mhz，定时器t1工作于模式2，定时器初值为0e6h。再在pc机上设置好与单片机的握手信号即可实现通信。5.结束语 通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发，设计的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。 在本次设计中，我还需要大量的阅读相关的文章，搜集大量的材