推荐-直流电机双闭环调速控制系统设计 精品

摘要

近年来，自动化控制系统在各行业中得到了广泛的应用和发展，而直流调速系统作为电力拖动系统的主要方式之一，在现代化生产中起着十分重要的作用。随着微电子技术的不断发展，计算机在调速系统中的应用使控制系统得到简化，体积减小，可靠性提高，而且各种经典和智能算法也都分别在调速系统中得到了灵活的应用，以此来达到最优控制效果。以单片机为控制核心的数字直流调速系统有着许多优点：由于速度给定和测速采用了数字化，能够在很宽的范围内高精度测速，所以扩大了调速的范围，提高了测速控制系统的精度；由于硬件的高度集成化，所以使得零部件数量大大减少；由于很多功能都是由软件实现的，使硬件得以简化，因此故障率小；单片机以数字信号工作，控制方法灵活便捷，抗干扰能力较强。本在直流调速系统理论研究的基础上，以80C196KC 单片机为控制核心，对双闭环直流调速系统中的转速调节器采了用PID 控制算法、电流调节器采用了 PI 算法，设计了一套全数字直流电机闭环调速系统。并且介绍了直流电机调速系统的功能和特性，分析了双闭环 PID控制的调速系统的数学模型，确定了电流环和转速环的比例和积分系数。此外，本次设计采用了数字式速度给定和数字式测速方法，大大提高了速度控制的精度。

关键词：直流电动机；调速；PID 控制；双闭环

目录

1 设计任务：

1.1 技术数据

（1）用线性集成电路运算放大器作为调节器的转速、电流无静差直流控制系统，主电路由晶闸管可控整流电路供电的V-M系统

电动机：额定数据 40KW,220V,210A,1000r/min,电枢电阻Ra=0.5

Ω,Rrec=0.8,Ks=40

飞轮转矩:Kgm*m=7.0, 过载倍数1.5

晶闸管可控整流电路：三相桥式整流电路，整流变压器Y/Y连接，二次测线=230V

电压U

2l

V-M系统电枢回路总电阻：R=1Ω

测速发电机：永磁式，额定数据23.1W,110V,0.21A,1900r/min

（2）稳态性能指标

生产机械要求调速范围: D=10；静态率: s%≤5%

（3）动态性能指标

起动超调量:σn %≤15% σi %≤5%

扰动产生的动态偏差:(n max-n min)/n min *100%≤10% ;

恢复时间: t f≤0.5s

（4）对起动、停车的快速性无特别要求

1.2 要求完成的任务

1.完成直流转速、电流双闭环系统整体设计

2.按性能系统调节器的设计及相关计算

3.在实验室完成转速、电流双闭环系统的实验

4.呈交一份不少于5000字课程设计说明书,一套设计图纸, 一份实验报告2 直流电机双闭环系统的组成

2.1 双闭环系统总体原理结构方案设计

直流电机双闭环系统原理图及其描述

图2-1 直流电机双闭环系统原理图

转速电流双闭环控制的直流调速系统是最典型的直流调速系统，其原理结构如图2-1所示。

双闭环控制电流调速系统的特点是电机的转速和电流分别由两个独立的调节器分别控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电机电枢的电流。当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电机电流增大，从而使电机获得加速转矩，电机转速上升。当实际转速高于给定转速时，转速调节器的输出减小，即给定电流减小，并通过电流环调节使电机电流下降，电机将因为电磁转矩减小而减速。在当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流限制Idm实现电机的加速，使电机的启动时间最短，在可逆调速系统中实现电机的快速制动。在不可逆调速系统中，由于晶闸管整流器不能通过反向电流，因此不能产生反向制动转矩而使电机快速制动。

2.2 双闭环系统各组成部分电路方案设计

2.2.1 晶闸管整流电路及保护电路

如下图，为晶闸管整流电路原理图，其中整流变压器以Y/Y连接。

图2-2 三相桥式全控整流电路原理图

三相桥式全控整流电路的特点：

1. 2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。

2.对触发脉冲的要求：

按VT

1-VT

2

-VT

3

-VT

4

-VT

5

-VT

6

的顺序，相位依次差60︒。共阴极组VT

1

、VT

3

、VT

5

的脉冲依次差120︒，共阳极组VT

4、VT

6

、VT

2

也依次差120︒。同一相的上下两个桥

臂，即VT

1与VT

4

，VT

3

与VT

6

，VT

5

与VT

2

，脉冲相180︒。

图2-2 三相桥式全控整流电路原理图

1.u d一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。

2.需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲

可采用两种方法：

一种是宽脉冲触发

一种是双脉冲触发（常用）

3.晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。

在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护、过电流保护、du/dt保护和di/dt保护也是必要的。

保护电路：

1.过电压保护措施：

图2-3 过电压抑制措施及配置位置

F−避雷器D−变压器静电屏蔽层C−静电感应过电压抑制电容

RC

1−阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC

2

−阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断

式RC电路

RV−压敏电阻过电压抑制器RC

3

−阀器件换相过电压抑制用RC电路

RC

4

−直流侧RC抑制电路RCD−阀器件关断过电压抑制用RCD电路电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。

其中RC

3

和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴。

2.过电流——过载和短路两种情况

保护措施:

图2-4 过电流保护措施及配置位置

1.同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。

2.电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。

3.快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种