单片机控制直流双闭环调速系统设计

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1、武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书单片机控制直流双闭环调速系统设计1设计目的与要求1.1设计目的本次课程设计的目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使学生通过自己动手设计直流电机双闭环调速系统设计，使学生加深控制技术知识的认识。课程设计的主要任务是设计一个用单片机控制的直流调速系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。本次课程设计是为《运动控制系统》课程而开设的综合实践教学环节，是对以前学的《传感与检测技术》、《自动控制原理》、《仪表与过程控制系统》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用，使学生加深

2、对过去已修课程知识的理解，运用本课程所学的基本理论和方法，同时综合计算机控制技术，传感与检测技术，解决运动控制领域的实际问题，为学生今后从事控制领域的工和学习作打下坚实的基础。，它能使我们更可能早的接触到生产过程领域的知识，因此本次此课程在教学计划中具有重要的地位和作用。1.2设计要求运用所学的知识，设计一个用单片机控制的直流双闭环调速系统，可以实现对电机速度进行精确控制。要求利用单片机进行控制，控制系统采用双闭环，即转速环和电流环，实现调速系统的最优控制，不仅可以实现对速度稳、快、准的控制，而且由于有电流环的存在，同时起到过电流的保护作用。电机参数：Pn=2.2k

3、w，Un=220V，In=17A，Nn=1480r/min，Ce=0.136v/min/r他励电压：220V要求完成的主要任务:（1）、空载启动转速超调量σ≤10%（2）、完成总体系统设计和数字系统设计（3）、完成单元电路和总电路设计24武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书2.控制系统分析2.1系统的组成目前的对于直流电机而言，采用转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广、性能很好的直流调速系统。虽然PI单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果系统对动态性能要求较高，单闭环控制系统在正常情况下不能满足要求。图1理想快速启动过程

4、电流和转速波形在直流电机启动过程中，理想情况下，我们一般要求电流的大小的如题1所示，为了实现在允许条件下的最快启动，要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程，且电流环能起到过电流保护作用。所以，我们的目标是：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。为了起到速度调节和过电流保护，故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。为了实现转速和电流两种负反馈分别在系统中起作用，可以在系统中设置两个调节器，分别调节转速和

5、电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）连接，如图2所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外面，称作外环。这就组成了转速、电流双闭环调速系统。24武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书图2转速、电流双闭环直流调速系统2.2系统的控制原理图3直流双闭环调速系统电路原理图一般情况下，为满足要求，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，采用速度、电流双闭环的调速系统来实现。在电流控制回路中设置一个ACR调节器，专门用于调节电流量，而在转

6、速环采用ASR调节器，从而在调速系统中设置了转速和电流两个调节器，形成转速、电流双闭环调速控制。双闭环调速控制系统中采用了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实现串级连接。图3为直流双闭环直流调速系统的原理图。图中两个调节器ASR和ACR分别为转速调节器和电流调节器，二者串级连接，即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。电流环在内，称之为内环；转速环在外，称之为外环。两个调节器输出都带有限幅，ASR的输出限幅什Uim24武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书决定了电流调节器ACR的给定电压最大值Uim，对就

7、电机的最大电流；电流调节器ACR输出限幅电压Ucm限制了整流器输出最大电压值，限最小触发角α。图4双闭环直流调速系统动态结构图双闭环直流调速系统动态结构图如图4所示。图中和分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI调节器，则有(1)(2)为了引出电流反馈，在电动机的动态框图中必须把电枢电流显露出来。2.3系统参数计算根据设计要求<=10％，并保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为:(3)Ki—电流调节器的比例系数；ti＝R1C—电流调节器的超前时间常数电流调节器超前时间常数