《运动控制系统》课程设计指导--课件资料

1、运动控制系统 课程设计指导Chansha University Of Science & Technology运动控制系统课程设计指导Chansha University Of Science & Technology一、设计目的 1、应用所学的交、直流调速系统的基本知、应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。设计。 2、应用计算机仿真技术，通过在、应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系

2、软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。的影响。 3、在原理设计与仿真研究的基础上，应用、在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的电路设计，为毕业设计进行控制系统的电路设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。的综合运用奠定坚实的基础。Chansha University Of Science & Technology二、设计课题1、带电路截止负反馈的转速单闭环直流调速系、带电路截止负反馈的转速单闭环直流调速系 统设计统设计2、转速、电流双闭环不可逆直流调速系统设计、转速、电流双闭

3、环不可逆直流调速系统设计3、转速、电流双闭环可逆直流、转速、电流双闭环可逆直流PWM调速系统设计调速系统设计4、逻辑无环流可逆直流调速系统设计、逻辑无环流可逆直流调速系统设计5、转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统设计、转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统设计6、异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统设计、异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统设计7、异步电动机按定子磁链定向的直接转矩控制系统设、异步电动机按定子磁链定向的直接转矩控制系统设 计计Chansha University Of Science & Technology1、直流电动机控制系统设计参数直流电动机直流电动机(一一)：（

4、1）输出功率为）输出功率为:7.5Kw 电枢额定电压电枢额定电压220V（2）电枢额定电流）电枢额定电流 36A 额定励磁电流额定励磁电流2A（3）额定励磁电压）额定励磁电压110V 功率因数功率因数0.85（4）电枢电阻）电枢电阻0.2欧姆欧姆 电枢回路电感电枢回路电感100mH（5）电机机电时间常数）电机机电时间常数2S 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.5（6）额定转速）额定转速 1430rpm直流电动机直流电动机(二二)：（1）输出功率为）输出功率为:10Kw 电枢额定电压电枢额定电压220V（2）电枢额定电流）电枢额定电流 50A 额定励磁电流额定励磁电流2A（3）额定励磁电压）额

5、定励磁电压110V 功率因数功率因数0.85（4）电枢电阻）电枢电阻0.15欧姆欧姆 电枢回路电感电枢回路电感100mH（5）电机机电时间常数）电机机电时间常数2S 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.5（6）额定转速）额定转速 970rpm 三、设计参数Chansha University Of Science & Technology直流电动机直流电动机(三三)：（1）输出功率为）输出功率为:5.5Kw 电枢额定电压电枢额定电压220V（2）电枢额定电流）电枢额定电流 30A 额定励磁电流额定励磁电流1A（3）额定励磁电压）额定励磁电压110V 功率因数功率因数0.85（4）电枢电阻）电枢

6、电阻0.2欧姆欧姆 电枢回路电感电枢回路电感100mH（5）电机机电时间常数）电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.5（6）额定转速）额定转速 970rpm直流电动机直流电动机(四四)：（1）输出功率为）输出功率为:10Kw 电枢额定电压电枢额定电压220V（2）电枢额定电流）电枢额定电流55A 额定励磁电流额定励磁电流1A（3）额定励磁电压）额定励磁电压220V 功率因数功率因数0.85（4）电枢电阻）电枢电阻0.1欧姆欧姆 电枢回路电感电枢回路电感100mH（5）电机机电时间常数）电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.5（6）额定转速）额定转速143

7、0rpmChansha University Of Science & Technology环境条件环境条件:（1）电网额定电压）电网额定电压: 380/220V; （2）电网电压波动）电网电压波动: 10%;（3）环境温度）环境温度: -40+40摄氏度摄氏度; （4）环境湿度）环境湿度: 1090%. 控制系统性能指标控制系统性能指标:（1）电流超调量小于等于）电流超调量小于等于5%; （2）空载起动到额定转速时的转速超调量小于）空载起动到额定转速时的转速超调量小于 等于等于30%;（3）调速范围：）调速范围：D20;（4）静差率小于等于）静差率小于等于0.03 。Chansha Univ

8、ersity Of Science & Technology2、交流电动机控制系统设计参数交流电动机交流电动机(一一)（1）额定输出功率）额定输出功率7.5KW； 定子绕组额定线电压定子绕组额定线电压380V；（2）定子绕组额定相电流）定子绕组额定相电流12A; 定子绕组每相电阻定子绕组每相电阻0.5欧姆；欧姆；（3）定子绕组接线形式）定子绕组接线形式Y； 转子额定转速转子额定转速980rpm;（4）转子形式）转子形式:鼠笼式；鼠笼式； 转子每相折算电阻转子每相折算电阻:3欧姆；欧姆；（5）转子折算后额定电流）转子折算后额定电流30A； 额定功率因数：额定功率因数：0.75；（6）电机机电时间

9、常数）电机机电时间常数2S; 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.5； 交流电动机交流电动机(二二)（1）额定输出功率）额定输出功率10KW； 定子绕组额定线电压定子绕组额定线电压380V；（2）定子绕组额定相电流）定子绕组额定相电流15A; 定子绕组每相电阻定子绕组每相电阻0.2欧姆；欧姆；（3）定子绕组接线形式）定子绕组接线形式Y； 转子额定转速转子额定转速980rpm;（4）转子形式）转子形式:鼠笼式；鼠笼式； 转子每相折算电阻转子每相折算电阻:3欧姆；欧姆；（5）转子折算后额定电流）转子折算后额定电流30A； 额定功率因数：额定功率因数：0.75；（6）电机机电时间常数）电机机电时间常

10、数1S; 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.5；Chansha University Of Science & Technology交流电动机交流电动机(三三)（1）额定输出功率）额定输出功率17KW； 定子绕组额定线电压定子绕组额定线电压380V；（2）定子绕组额定相电流）定子绕组额定相电流25A; 定子绕组每相电阻定子绕组每相电阻0.1欧姆；欧姆；（3）定子绕组接线形式）定子绕组接线形式Y； 转子额定转速转子额定转速1430rpm;（4）转子形式）转子形式:鼠笼式；鼠笼式； 转子每相折算电阻转子每相折算电阻:1欧姆；欧姆；（5）转子折算后额定电流）转子折算后额定电流50A； 额定功率因数

11、：额定功率因数：0.75；（6）电机机电时间常数）电机机电时间常数1S; 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.5；交流电动机交流电动机(四四)（1）额定输出功率）额定输出功率10KW； 定子绕组额定线电压定子绕组额定线电压380V；（2）定子绕组额定相电流）定子绕组额定相电流22A; 定子绕组每相电阻定子绕组每相电阻0.1欧姆；欧姆；（3）定子绕组接线形式）定子绕组接线形式Y； 转子额定转速转子额定转速1430rpm;（4）转子形式）转子形式:鼠笼式；鼠笼式； 转子每相折算电阻转子每相折算电阻:1欧姆；欧姆；（5）转子折算后额定电流）转子折算后额定电流30A； 额定功率因数：额定功率因数：0.

12、75；（6）电机机电时间常数）电机机电时间常数1S; 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.5；Chansha University Of Science & Technology环境条件环境条件:（1）电网额定电压：）电网额定电压：380/220V; （2）电网电压波动：）电网电压波动：10%;（3）环境温度：）环境温度：-40+40摄氏度摄氏度;（4）环境相对湿度：）环境相对湿度：1090%. 控制系统性能指标控制系统性能指标:（1）转差率：）转差率：3%；（2）调速范围：）调速范围：D20；（3）电流超调量小于等于）电流超调量小于等于5%; （4）空载起动到额定转速时的转速超调量小于）空载

13、起动到额定转速时的转速超调量小于 等于等于30%;（5）稳速精度：）稳速精度：0.03.Chansha University Of Science & Technology四、设计步骤1、选题、选题 （1）选题具体要求：）选题具体要求： 每班分成七个组，每组至少三个同学，最多每班分成七个组，每组至少三个同学，最多不得超过四个同学，自由组合，自由选题。不得超过四个同学，自由组合，自由选题。 同组的几个同学各自选择一台电动机参数，同组的几个同学各自选择一台电动机参数，同组同学电机参数不得相同。同组同学电机参数不得相同。 （2）课题一经选定，不准更改课题。）课题一经选定，不准更改课题。Chansha

14、 University Of Science & Technology 2、查阅参考资料 （1）去图书馆借阅相关参考资料。）去图书馆借阅相关参考资料。 （2）上网查阅相关文献。）上网查阅相关文献。 （3）参考文献主要包括：）参考文献主要包括： 直流调速系统直流调速系统 交流调速系统交流调速系统 电力电子技术电力电子技术 电子技术电子技术 半导体功率器件半导体功率器件 微机原理及控制技术微机原理及控制技术 等方面。等方面。Chansha University Of Science & Technology3、确定技术要求 根据所选控制系统的技术参数进一步根据所选控制系统的技术参数进一步细化技术要

15、求。细化技术要求。 首先确定控制系统方案，确定每一级首先确定控制系统方案，确定每一级的具体技术指标（如放大倍数，输入输出的具体技术指标（如放大倍数，输入输出电阻，电源电压等）。电阻，电源电压等）。 然后确定调节器类型。然后确定调节器类型。Chansha University Of Science & Technology4、静态设计（直流双闭环为例） (1) 确定控制系统采用的直流稳压电源确定控制系统采用的直流稳压电源电压电压(可选择可选择)； (2) 确定整流装置的放大倍数确定整流装置的放大倍数(需根据电需根据电枢电压与控制电压确定枢电压与控制电压确定)，并设计可控整流，并设计可控整流装置及

16、触发电路；装置及触发电路； (3) 确定电流反馈系数；确定电流反馈系数； (4) 确定转速反馈系数；确定转速反馈系数； (5) 根据调速范围与静差率要求确定静根据调速范围与静差率要求确定静态速降及转速反馈环的反馈系数。态速降及转速反馈环的反馈系数。Chansha University Of Science & Technology5、动态设计（直流双闭环为例） （1） 电流环设计电流环设计 确定时间常数确定时间常数; 选择电流调节器结构选择电流调节器结构; 选择电流调节器参数选择电流调节器参数; 校验近似条件校验近似条件; 计算电流调节器电阻和电容。计算电流调节器电阻和电容。 （2） 转速环设

17、计转速环设计 确定时间常数确定时间常数; 选择转速调节器结构选择转速调节器结构; 选择转速调节器参数选择转速调节器参数; 校验近似条件校验近似条件; 计算转速调节器电阻和电容计算转速调节器电阻和电容; 校核转速超调量。校核转速超调量。Chansha University Of Science & Technology6、仿真研究 (1) 建立控制系统的数学模型；建立控制系统的数学模型； (2) 在在MATLAB下仿真下仿真,检验转速超调量检验转速超调量指标是否达到设计要求；指标是否达到设计要求； (3) 修改调节器参数修改调节器参数,使之达到预期指标使之达到预期指标要求；要求； (4) 多方案

18、比较时，要对每一系统模型多方案比较时，要对每一系统模型进行仿真进行仿真Chansha University Of Science & Technology7、完成控制系统电路原理图（1）整流与滤波电路）整流与滤波电路（2）逆变与保护电路）逆变与保护电路（3）检测与隔离电路）检测与隔离电路（4）驱动与隔离电路）驱动与隔离电路（5）微机控制电路）微机控制电路（6）控制系统电源电路）控制系统电源电路Chansha University Of Science & TechnologyChansha University Of Science & Technology五、课程设计报告要求 1、课程设计报

19、告应详细叙述控制系统各部件的方、课程设计报告应详细叙述控制系统各部件的方案选择，如选择什么样的调节器，为什么案选择，如选择什么样的调节器，为什么? 2、课程设计报告应详细叙述控制系统的设计过、课程设计报告应详细叙述控制系统的设计过程及参数选择的理由；程及参数选择的理由； 3、设计报告应包括控制系统原理图一份、设计报告应包括控制系统原理图一份(用用A4图图纸纸)，并附系统工作原理说明；，并附系统工作原理说明； 4、设计报告应附仿真结果曲线图，并要有性能、设计报告应附仿真结果曲线图，并要有性能分析；分析； 5、设计报告应有自己的设计感想；、设计报告应有自己的设计感想； 6、设计报告除应交文字版外，

20、还应递交电子版；、设计报告除应交文字版外，还应递交电子版；Chansha University Of Science & Technology一、一、 概述概述二、二、 设计任务与要求设计任务与要求 2.1 2.1 设计任务设计任务 2.2 2.2 设计要求设计要求三、三、 理论设计理论设计 3.1 3.1 方案论证方案论证 3.2 3.2 系统理论分析与算法推导系统理论分析与算法推导四、四、 系统结构设计系统结构设计 4.1 4.1 系统主电路设计系统主电路设计 4.2 4.2 系统控制电路设计系统控制电路设计五、系统实验与仿真五、系统实验与仿真 5.1 5.1 实验分析与过程实验分析与过程 5.2 5.2 仿真建模及实验仿真建模及实验六、六、 总结与体会总结与体会 参考文献参考文献课程设计报告章节安排课程设计报告章节安排Chansha University Of Science & Technology六、时间安排学生日程及教师值班安排学生日程及教师值班安排周次周次星期星期具体任务具体任务值班教师值班教师指导教室指导教室19周周一一布置任务，选题布置任务，选题邓本再