運動系統(tǒng)課程設(shè)計要點

電機及其運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書題目：雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計學院：自動化學院專業(yè)：自動化姓名：學號：指導(dǎo)教師：潘月斗2013年11月20日本設(shè)計簡單介紹了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理和動態(tài)結(jié)構(gòu)，并基于相關(guān)原理，根據(jù)設(shè)定的電機參數(shù)等已知條件和要求按工程設(shè)計方法對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主回路、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）和電流調(diào)節(jié)器（ACR）及其限幅電路進行設(shè)計，并對該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器有關(guān)參數(shù)進行了計算。最終完成了雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的主電路以及電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計，并用Simulink進行了仿真驗證，總結(jié)了設(shè)計心得。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)；調(diào)速系統(tǒng)；ASR；ACR；設(shè)計；計算；Simulink仿真目錄TOC\o"1-3"\h\u7252摘要 校驗近似條件和性能指標=1\*GB3①而，滿足等效條件；=2\*GB3②轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件，此時滿足近似處理條件。=3\*GB3③轉(zhuǎn)速超調(diào)量為同時，有，取中頻寬為，取。因此能夠滿足設(shè)計要求。ACR和ASR的傳遞函數(shù) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主回路電路見圖5所示，其實質(zhì)上就是一個三相橋式整流電路，通過該電路，三相交流電源被整流成為可供直流電機負載運行的直流電源。UWVUWV圖5雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主回路電路圖3.2.1轉(zhuǎn)速給定器（G）轉(zhuǎn)速給定器電路見圖7所示，其由兩個保護電阻R1與R2、兩個電位器R3與R4及兩個單刀雙擲開關(guān)J1與J2組成；電位器R3與R4分別用來調(diào)節(jié)正負電壓的大小，從而改變給定電壓即給定轉(zhuǎn)速的大??；單刀雙擲開關(guān)J1控制給定電壓的正負，即控制電機的正反轉(zhuǎn)速；J2則用于控制運行與停止。圖6轉(zhuǎn)速給定器電路圖3.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路見圖7所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的功能是對給定和反饋兩個輸入量進行加法、減法、比例、積分和微分等運算，使其輸出按某一規(guī)律變化。它由運算放大器，輸入與反饋網(wǎng)絡(luò)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用電路運算放大器，它具有兩個輸入端，同相輸入端和反相輸入端，其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR也可當作電壓調(diào)節(jié)器AVR來使用，輸出電壓與兩個輸入端電壓之差成正比。電路運算放大器具有開環(huán)放大倍數(shù)大，零點漂移小，線性度好，輸入電流極小和輸出阻抗小等優(yōu)點，可以構(gòu)成理想的調(diào)節(jié)器。圖7轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路圖3.2.5電流調(diào)節(jié)器（ACR）電流調(diào)節(jié)器電路見圖8所示，其適用于可控制傳動系統(tǒng)中，對其輸入信號（給定量和反饋量）可進行加法、減法、比例、積分、微分和延時等運算或者同時兼做上述幾種運算以使其輸出量按某種預(yù)定規(guī)律變化。電流調(diào)節(jié)器由以下幾部分組成：運算放大器，二極管限幅、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)、反饋阻抗網(wǎng)絡(luò)等。圖8電流調(diào)節(jié)器電路圖3.2.6電流互感器（TA）電流互感器電路如圖9所示，本系統(tǒng)中的電流互感器采用不完全星形接線，用于測量顯三相三線電力裝置中的三相電流。WVUWVU圖9電流互感器電路圖3.2.7觸發(fā)器（GT）觸發(fā)器電路見圖10所示，采用集成觸發(fā)器。集成觸發(fā)電路具有可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便等優(yōu)點。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。圖10觸發(fā)器電路圖3.2.8轉(zhuǎn)速變速器（FBS）轉(zhuǎn)速變換器電路如圖11所示，其用于轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，將直流測速發(fā)電機的輸出電壓變換成適用于控制單元并與轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓作為速度反饋。圖11轉(zhuǎn)速變換器電路圖3.2.9直流穩(wěn)壓電源（DCRPS）7815直流穩(wěn)壓電源電路如圖12所示，其由三相交流電經(jīng)整流和穩(wěn)壓所得，用于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中所有需要±15V直流電源的器件。7815圖12直流穩(wěn)壓電源電路圖進入MATLAB，單擊MATLAB命令窗口工具欄中的Simulink圖標，打開Simulink模塊瀏覽器窗口。打開模型編輯窗口，選中所需的子模塊，拖入模型編輯窗口。雙擊模塊圖案，則出現(xiàn)關(guān)于該圖案的對話框，通過修改對話框內(nèi)容來設(shè)定模塊的參數(shù)，模塊中需要修改的相關(guān)參數(shù)由前部分中計算所得。完成了對模塊參數(shù)的調(diào)整后就可以根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖對各模塊予以連接，完整的仿真模型如圖13所示。電機啟動時，仿真的電流曲線、轉(zhuǎn)速曲線分別如圖14、15、16。由圖易見，滿足轉(zhuǎn)速超調(diào)量，電流超調(diào)量。由Simulink仿真的波形來看，各個環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)計和校正是較為合理的，綜上可以認為，雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計滿足了設(shè)計要求。 圖13電流環(huán)電流圖圖15電流曲線圖圖16轉(zhuǎn)速曲線圖本人此次負責總體設(shè)計，查閱了各種相關(guān)資料和比對了多種類型的相似電路。對于主控電路，在實際應(yīng)用中已經(jīng)有了較為成熟的設(shè)計，以三相橋式全控整流電路為主，故此次也選擇了該方案。對于控制電路，先根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，結(jié)合實際應(yīng)用中對關(guān)鍵電氣參數(shù)的要求，完善出實用的電氣結(jié)構(gòu)，作出結(jié)構(gòu)圖，對具有特定功能的部件進行模塊化，以方便下一步對每一模塊功能的設(shè)計。雖然查閱了很多資料，但由于對雙閉環(huán)直流調(diào)速的設(shè)計多停留在理論設(shè)計環(huán)節(jié)，給出的具體實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制的電路較少，完成每一個模塊控制器件的設(shè)計還是具有一定難度的。通過尋找成熟的原理電路，結(jié)合本系統(tǒng)的具體需要和自己的理解，我選擇并修改了查找到的類似功能電路，使得其更適用于本系統(tǒng)。在設(shè)計完成后，聽取了本組成員的意見，對電機控制電路的功能進行了改進和完善，并用multisim對所有電路圖進行了繪制。本次課程設(shè)計我學到了很多新的東西，極大地拓寬了知識面,鍛煉了能力，綜合素質(zhì)得到較大提高，感到收獲不小。同時也發(fā)現(xiàn)了大量問題，有些在設(shè)計過程中已經(jīng)解決，有些還要待今后慢慢學習，只要學習就會有更多的問題，有更多的難點，但也會有更多的收獲。總之，課程設(shè)計作為一種教學方式，鞏固了我們課堂上所學的知識，提高了我們對知識學習的熱情，鍛煉了我們運用知識解決實際問題的能力，讓我們收獲了很多。由于本人水平有限，所設(shè)計的系統(tǒng)可能有不當之處，懇請老師不吝指正。

1．陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng)——運動控制系統(tǒng)（第3版）．機械工業(yè)出版社，20032．李華德等．電力拖動控制系統(tǒng)（運動控制系統(tǒng)）．電子工業(yè)出版社，20063． 阮毅，陳維鈞．運動控制系統(tǒng)．清華大學出版社，20063． 王鑒光．電機控制系統(tǒng)．機械工業(yè)出版社，19944． 王兆安，劉進軍