运动系统课程设计要点

电机及其运动控制系统课程设计说明书题目：双闭环V-M调速系统中主电路电流调节器及转速调节器的设计学院：自动化学院专业：自动化姓名：学号：指导教师：潘月斗2013年11月20日本设计简单介绍了双闭环调速系统的原理和动态结构，并基于相关原理，根据设定的电机参数等已知条件和要求按工程设计方法对双闭环调速系统主回路、转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR）及其限幅电路进行设计，并对该系统的调节器有关参数进行了计算。最终完成了双闭环V-M调速系统的主电路以及电流、转速调节器的设计，并用Simulink进行了仿真验证，总结了设计心得。关键词：双闭环；调速系统；ASR；ACR；设计；计算；Simulink仿真目录TOC\o"1-3"\h\u7252摘要 校验近似条件和性能指标=1\*GB3①而，满足等效条件；=2\*GB3②转速环小时间常数近似处理条件，此时满足近似处理条件。=3\*GB3③转速超调量为同时，有，取中频宽为，取。因此能够满足设计要求。ACR和ASR的传递函数 双闭环调速系统主回路电路见图5所示，其实质上就是一个三相桥式整流电路，通过该电路，三相交流电源被整流成为可供直流电机负载运行的直流电源。UWVUWV图5双闭环调速系统主回路电路图3.2.1转速给定器（G）转速给定器电路见图7所示，其由两个保护电阻R1与R2、两个电位器R3与R4及两个单刀双掷开关J1与J2组成；电位器R3与R4分别用来调节正负电压的大小，从而改变给定电压即给定转速的大小；单刀双掷开关J1控制给定电压的正负，即控制电机的正反转速；J2则用于控制运行与停止。图6转速给定器电路图3.2.2转速调节器（ASR）转速调节器电路见图7所示，转速调节器ASR的功能是对给定和反馈两个输入量进行加法、减法、比例、积分和微分等运算，使其输出按某一规律变化。它由运算放大器，输入与反馈网络及二极管限幅环节组成。转速调节器采用电路运算放大器，它具有两个输入端，同相输入端和反相输入端，其转速调节器ASR也可当作电压调节器AVR来使用，输出电压与两个输入端电压之差成正比。电路运算放大器具有开环放大倍数大，零点漂移小，线性度好，输入电流极小和输出阻抗小等优点，可以构成理想的调节器。图7转速调节器电路图3.2.5电流调节器（ACR）电流调节器电路见图8所示，其适用于可控制传动系统中，对其输入信号（给定量和反馈量）可进行加法、减法、比例、积分、微分和延时等运算或者同时兼做上述几种运算以使其输出量按某种预定规律变化。电流调节器由以下几部分组成：运算放大器，二极管限幅、输入阻抗网络、反馈阻抗网络等。图8电流调节器电路图3.2.6电流互感器（TA）电流互感器电路如图9所示，本系统中的电流互感器采用不完全星形接线，用于测量显三相三线电力装置中的三相电流。WVUWVU图9电流互感器电路图3.2.7触发器（GT）触发器电路见图10所示，采用集成触发器。集成触发电路具有可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便等优点。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。图10触发器电路图3.2.8转速变速器（FBS）转速变换器电路如图11所示，其用于转速反馈的调速系统中，将直流测速发电机的输出电压变换成适用于控制单元并与转速成正比的直流电压作为速度反馈。图11转速变换器电路图3.2.9直流稳压电源（DCRPS）7815直流稳压电源电路如图12所示，其由三相交流电经整流和稳压所得，用于双闭环直流调速系统中所有需要±15V直流电源的器件。7815图12直流稳压电源电路图进入MATLAB，单击MATLAB命令窗口工具栏中的Simulink图标，打开Simulink模块浏览器窗口。打开模型编辑窗口，选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口。双击模块图案，则出现关于该图案的对话框，通过修改对话框内容来设定模块的参数，模块中需要修改的相关参数由前部分中计算所得。完成了对模块参数的调整后就可以根据双闭环直流调速系统的动态结构图对各模块予以连接，完整的仿真模型如图13所示。电机启动时，仿真的电流曲线、转速曲线分别如图14、15、16。由图易见，满足转速超调量，电流超调量。由Simulink仿真的波形来看，各个环节参数的设计和校正是较为合理的，综上可以认为，双闭环V-M调速系统中主电路电流调节器及转速调节器的设计满足了设计要求。 图13电流环电流图图15电流曲线图图16转速曲线图本人此次负责总体设计，查阅了各种相关资料和比对了多种类型的相似电路。对于主控电路，在实际应用中已经有了较为成熟的设计，以三相桥式全控整流电路为主，故此次也选择了该方案。对于控制电路，先根据双闭环直流调速系统的基本结构，结合实际应用中对关键电气参数的要求，完善出实用的电气结构，作出结构图，对具有特定功能的部件进行模块化，以方便下一步对每一模块功能的设计。虽然查阅了很多资料，但由于对双闭环直流调速的设计多停留在理论设计环节，给出的具体实现调节控制的电路较少，完成每一个模块控制器件的设计还是具有一定难度的。通过寻找成熟的原理电路，结合本系统的具体需要和自己的理解，我选择并修改了查找到的类似功能电路，使得其更适用于本系统。在设计完成后，听取了本组成员的意见，对电机控制电路的功能进行了改进和完善，并用multisim对所有电路图进行了绘制。本次课程设计我学到了很多新的东西，极大地拓宽了知识面,锻炼了能力，综合素质得到较大提高，感到收获不小。同时也发现了大量问题，有些在设计过程中已经解决，有些还要待今后慢慢学习，只要学习就会有更多的问题，有更多的难点，但也会有更多的收获。总之，课程设计作为一种教学方式，巩固了我们课堂上所学的知识，提高了我们对知识学习的热情，锻炼了我们运用知识解决实际问题的能力，让我们收获了很多。由于本人水平有限，所设计的系统可能有不当之处，恳请老师不吝指正。

1．陈伯时．电力拖动自动控制系统——运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，20032．李华德等．电力拖动控制系统（运动控制系统）．电子工业出版社，20063． 阮毅，陈维钧．运动控制系统．清华大学出版社，20063． 王鉴光．电机控制系统．机械工业出版社，19944． 王兆安，刘进军