直流电动机闭环调速系统的设计

黑龙江科技大学直流电动机闭环调速系统设计班级：电气10-12学号：26姓名：赵轶博指导教师：吕雄飞摘

要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。并通过仿真进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器

AbstractDCmotor

hasagood

starting,

brakingperformance,

andissuitableforsmoothing

overawiderangeof

speedregulation,

widelyusedinalotof

needforspeed

orfast

forwardandreverse

draginthefieldofelectricity.

Fromthecontrolpointofview,

basedon

DC

orAC

drivesystem.

Thesystemsetsupthecurrentdetection,

currentregulator

andspeed

detection,

speedregulator,

acurrentloopandspeedloop,

theformer

through

feedback

stable

currentcomponents,

which

keepthespeedstable

throughthefeedbackofspeeddetectingdevice,

theultimateeliminationof

speederror,

sothatthesystemcanadjustthe

currentandspeed

thepurposeof.

Thesystem

starting,

speedouterloop

saturation

doesnotwork,

playamajorrolein

regulating

the.innercurrent.loop,

starting

current.to.maintain.maximum

speed,

the

linear.change,reaches.a.given.value

quickly;

steady.state.operation,

speed.negativefeedbackouterring

playstheleadingrole,

the

speedvaryingwiththe

speedforagiven

voltage

changes,

current.speed.with.the.inner

the.outer.ring.of

the.motor

armature.current

adjusted

to.balance.the.load.current.

And.the.simulation.of

mathematicalmodelingand

system

simulation,

analysisthecharacteristicsofdouble

closedloopDCspeedregulating

system.Keywords:doubleloop,

thyristor,

speedregulator,

currentregulator目录TOC\t"标题1,2,标题2,3,标题3,4,标题,1"第一章绪论 ③转速环小时间常数按小时间常数近似处理，取。（2）确定将转速环设计成何种典型系统。由于设计要求转速环无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态设计要求，应按典型Ⅱ型系统设计转速环。（3）转速调节器的结构选择。转速调节器选用PI型，其传递函数为（4）选择转速调节器参数。按跟随和抗干扰性能都能较好的原则取h=5，则ASR超前时间常数转速环开环增益为于是，ASR的比例系数为（5）计算转速调节器的电路参数。转速调节器原理图如图4.10所示，按所用运算放大器，取R0=40KΩ，各电阻和电容值计算如下：图4.10转速调节器原理图（6）校验近似条件。转速环截止频率1）校验电流环传递函数简化条件是否满足：现在>,满足简化条件。2）校验小时间常数近似处理是否满足，现在>,满足近似条件。3）校验转速超调量。当h=5时，而，因此，能满足设计要求。设计完成的控制系统如图4.11所示。图4.11设计完成的双闭环控制系统

第五章触发电路选择与校验5.1触发电路的选择与校验选用集成六脉冲触发器电路模块，其电路如电气原理总图所示。从产品目录中查得晶闸管的触发电流为＜250mA,触发电压。由已知条件可以计算出，，。因为，，所以触发变压器的匝数比为，取3:1。设触发电路的触发电流为250mA，则脉冲变压器的一次侧电流只需大于250/3=83.3mA即可。这里选用3DG12B作为脉冲功率放大管，其极限参数.触发电路需要三个互差120°，且与主电路三个电压U、V、W同相的同步电压，故要设计一个三相同步变压器。这里用三个单相变压器接成三相变压器组来代替，并联成DY型。同步电压二次侧取30V，一次侧直接与电网连接，电压为380V,变压比为380/30=12.7。第六章系统调试本次系统仿真采用目前比较流行的控制系统仿真软件MATLAB，使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法有两种，一是以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。另外一种是面向控制系统电气原理结构图，使用PowerSystem工具箱进行调速系统仿真的新方法。6.1系统的建模与参数设置转速、电流双闭环直流调速系统的主电路模型主要由交流电源、同步脉冲触发器、晶闸管直流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。采用面向电气原理结构图方法构成的双闭环系统仿真模型如图6-1所示。图6-1转速、电流双闭环直流调速系统的仿真模型转速、电流双闭环系统的控制电路包括：给定环节、ASR、ACR、限幅器、偏置电路、反相器、电流反馈环、速度反馈环等，因为在本次设计中单片机代替了控制电路绝大多数的器件，所以在此直接给出各部分的参数，各部分参数设置参考前几章各部分的参数。本系统选择的仿真算法为ode23tb，仿真Starttime设为0，Stoptime设为2.5。6.2系统仿真结果的输出及结果分析当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。图4-2是双闭环直流调速系统的电流和转速曲线。从仿真结果可以看出，它非常接近于理论分析的波形。下面分析一下仿真的结果。图6-2双闭环直流调速系统的电流和转速曲线启动过程的第一阶段是电流上升阶段，突加给定电压，ASR的输入很大，其输出很快达到限幅值，电流也很快上升，接近其最大值。第二阶段，ASR饱和，转速环相当于开环状态，系统表现为恒值电流给定作用下的电流调节系统，电流基本上保持不变，拖动系统恒加速，转速线形增长。第三阶段，当转速达到给定值后。转速调节器的给定与反馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分作用，其输出还很大，所以出现超调。转速超调后，ASR输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线性调节阶段，使转速保持恒定，实际仿真结果基本上反映了这一点。由于在本系统中，单片机系统代替了控制电路的绝大多数控制器件，所以各项数据处理和调整都是在单片机内完成的，控制效果要好于本次的仿真结果。结论双闭环直流调速系统突加给定电压由静止状态启动时，转速和电流的动态过程如仿真图5-2所示。由于在启动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节阶段。从启动时间上看，第二阶段恒流升速是主要的阶段，因此双闭环系统基本上实现了电流受限制下的快速启动，利用了饱和非线性控制方法，达到“准时间最优控制”。带PI调节器的双闭环调速系统还有一个特点，就是转速必超调。在双闭环调速系统中，ASR的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态是无静差，其输出限幅决定允许的最大电流。ACR的作用是电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压的波动。通过仿真可知：启动时，让转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流保持最大，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随电流外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。总结与体会经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明确了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明确学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮忙，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的了解知识，所以在这里非常感谢帮忙我的同学。这次毕业设计要求设计一个双闭环直流调速系统，自行设计这对我将来踏上工作岗位是非常有帮助的。所以我非常希望通过自己的努力完成设计并希望有所突破。这也是我对自己的考验。于是本次设计过程中我完全按照软件设计步骤的要求来进行，从设计分析开始，再进行总体设计、详细设计,最后到系统实现。每一步都让我将理论学习的知识应用到实践中去。也使我掌握了一整套规范的设计操作流程。下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。第一，接到任务以后进行选题。选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目.第二，题目确定后就是找资料了。查资料是做毕业设计的前期准备工作，到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处的。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。第四，有了研究方向，就要动手实现。要有计划的分布做好毕业设计的每一个步骤，这样一步步地做下去之后，你会发现要做出来并不难，只不过每每做一会儿会发现一处错误要修改，就这样在不断的修改调试，再修改再调试。第五,写论文能提升以下几个方面的能力:1、文字表述:论文里的语言非常讲究，这方面需要继续加强。2、交流、讨论:文章的大致内容写完后，一定要和老师、其他同学多交流，让他们多提点建议。一些计量软件使用方法，可以向学长们请教。3、细心:模型公式编辑、标点符号、文章各段格式等，都需要细心。4、搜索:需要搜索很多资料，如何在短时间找到你想要得资料，得在搜索关键词上有所设置才行。一些好的统计数据网站，需要随时记录下来，以便日后继续使用。我的心得也就这么多了，总之，这次毕业设计让我学习到很多。虽然结束了，但这只能是一个开始。今后作为技术员，要学习的规范，如何的不断提高自己的综合能力与专业水平是我未来很多年的职业生涯里都要认真考虑与学习的一个重要问题，在此也要感谢我的指导老师吕雄飞老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

致谢这篇的毕业设计论文一直是在我的指导教师吕雄飞老师的悉心指导下进行的。吕雄飞老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。并且在整个毕业设计过程中不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计设计能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。吕雄飞老师在专业教学方面具有丰富的实践经验，对我的实验工作给予了很多的指导和帮助，使我能够将理论中的结果与实际相结合。另外，他对待问题的严谨作风也给我