直流电机双闭环系统课程设计().doc

目录 1．1直流调速系统的概述 4 1.1.1直流电动机的调速方法 4 1.2 PWM的相关介绍 5 2总体方案设计 5 2.1 方案比较 6 2.2 方案论证 7 2.3 方案选择 7 2.4 设计内容和要求 8 2.4.1设计内容 8 2.4.2设计要求 8 2.4.3设计参数 9 3单元模块设计 9 3.1转速给定电路设计 9 3.2转速检测电路设计 10 3.3电流检测电路设计 10 3.4 整流及晶闸管保护电路设计 11 4.双闭环直流调速系统设计 12 4.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 12 4.1.1双闭环调速系统的组成 12 4.1.2稳态结构框图和静特性 14 4.1.3 稳态参数计算 16 4.2转速、电流双闭环直流调速系统的动态模型 16 4.2.1 动态抗扰性能分析 18 4.3 调节器的设计 20 4.3.1 电流调节器的设计 20 4.3.2 转速调节器的设计 22 4.3.3调速系统的开环传递函数 24 代入已求数据得； 25 5系统调试 25 5.1系统MATLAB仿真 25 5.2 系统的建模与参数设置 25 5.3 系统仿真结果的输出及结果分析 26 6单闭环直流调速系统设计 27 6.1闭环调速系统的组成及其静特性 27 6.1.1系统组成 27 6.1.2 静特性 28 6.2 稳态参数计算 29 6.3 传递函数 29 总 结 31 致 谢 32  1．绪论 1．1直流调速系统的概述 三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用直流电动机的调速方法（1）调节电枢供电电压U改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。（2）改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。（3）改变电枢回路电阻R在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种：（1）旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。（2）静止可控整流器。用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生可调的直流电压。（3）直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。脉宽调制的全称为：Pulse WidthModulator、简称PWM、由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、灯具调光或直流电动机调速、HW-1020型调速器、就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达调速器、PWM调速器已经在:工业直流电机调速、工业传送带调速、灯光照明调解、计算机电源散热、直流电扇等、得到广泛应用。  2总体方案设计 2.1 方案比较 方案一：单闭环直流调速系统 单闭环直流调速系统