运动控制系统课程设计

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1、前言运动控制系统的任务是通过控制电机电压、电流、频率等输入量，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。工业生产和科学的发展，对运动控制系统提出新的更为复杂的要求，同事也为研制和生产各类型新型控制系统提供了可能。现代控制技术以各类电动机为控制对象，以计算机和其他电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以计算机数字仿真和计算机辅助设计（CAD）为研究和开发的工具。运动控制系统由电动机、功率放大

2、与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，其机构如图电机自动控制系统广泛应用于机械模具，矿产冶金，石油化工，轻工纺织，军工等与军民企业密切相关的行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济，以及电能的合理运用都具有十分重要的现实意义。自从电动机发明到上个世纪90年代，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交

3、流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。231调速的方案选择1.1直流电动机的选择，，，，，主回路总电阻1.2电动机供电方案的选择目前在各种整流电路中，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如下：习惯将其中阴极连接在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸

4、管按从1至6的顺序导通。为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三线电源相接的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，即共阳极组中与a、b、c三线电源相接的三个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。从分析可知按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。三相桥式全控整流电路大多用于直流电动机。1.3系统的结构选择调速范围和静差率是一对相互制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率，唯一的办法是减少负载所引起的转速降落△nN。但是在转速开环的直流调速系统中，△nN

5、=RIN/Ce是由直流电动机的参数决定的，无法改变。解决矛盾的有效途径是采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统。转速闭环控制系统可以减少转速降落，降低静差率，扩大调速范围。但是单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程。对于经常正反转运行的系统，缩短起、制动过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允

6、许的条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的Idm的恒流过程。问题是，应该在启动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈起作用。显然只用一个调节器显然是不可能的，采用转速和电流两个调节器应该可以故采用双闭环系统。1.4确定直流调速系统的总体结构框图。232.1整流变压器计算。主电路中影响整流变压器次级电压U2精确计算的主要因素是：U2值的大小首先要保证满足负载所要求的最大平均电压Ud；晶闸管并非是理想的半可控开关器件，导通时有一定的管压降UV；变

7、压器漏抗的存在导致晶闸管整流装置在换相过程中产生换相压降ΔUx；晶闸管装置供电的电动机是恒速系统，在最大负载电流时，电机的端电压应当为电动机的额定电压UN和电枢电流在电枢电阻RD上压降之和。中的UN为电动机的额定电压，系数（1.2～1.5）是考虑到各种因素影响后的安全系数,A由表1查的。所以，U2=1.2~1.52302.34=137.6(前系数取1.4)在忽略变压器激磁电流的情况下，可根据变压器的磁势平衡方程写出初级和次级电流的关系式为或式中，N1和N2为变压器初级和次级绕组的匝数，k=N1/N2为变压器的变比

8、。为简化分析，令N1=N2（即k=1），则由上式可见，对于普通电力变压器而言，初、次级电流是有效值相等的正弦波电流。但对于整流变压器来说，通常初、次级电流的波形并非正弦波，在大电感负载的情况下，整流电流Id是平稳的直流电，而变压器的次级和初级绕组中的电流都具有矩形波的形状。23欲求得各种接线形式下变压器初、次级电流的有效值，就要根据相应接线形式下初、次级电流的波形求其有效