运动控制系统课程设计汇本

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1、运动控制系统课程设计第1章绪论1.1设计目的和意义1.2设计任务第2章双闭环直流脉宽调速系统的原理设计2.1方案选定2.2桥式可逆PWM变换器的工作原理2.3双闭环直流调速系统的静特性分析2.4双闭环直流调速系统的稳态结构图第3章双闭环直流脉宽调速系统的硬件电路设计3.1硬件结构3.1.1主电路3.1.2泵升电压限制3.2主电路参数计算和元件选择3.2.1整流二极管的选择3.2.2绝缘栅双极晶体管的选择3.3调节器参数设计和选择3.3.1调节器工程设计方法的基本思路3.3.2电流环的设计3.3.2.1确定时间常数3.3.2.2选择电流调节器

2、结构3.3.2.3选择电流调节器参数3.3.2.4校验近似条件3.3.2.5计算ACR的电阻和电容3.3.3转速环的设计3.3.3.1确定时间常数3.3.3.2ASR结构设计3.3.3.3选择ASR参数3.3.3.4校验近似条件3.3.3.5计算ASR电阻和电容3.3.3.6检验转速超调量3.3.3.7校验过渡过程时间3.4反馈单元3.4.1转速检测装置选择3.4.2电流检测单元3.5系统动态结构图第4章系统仿真总结参考文献第1章绪论电动机作为最主要的动力源和运动源之一，在生产和生活中占有十分重要的地位。电动机的调速控制方法过去多用模拟法，

3、随着单片机的产生和发展以及新型自关断元器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化[1]。1.1设计目的和意义（1）、通过对电力拖动控制系统的设计，了解电力电子、自动控制原理及电力拖动自动控制系统课程所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力，为今后从事技术工作打下必要的基础。（2）、运用《电力拖动控制系统》的理论知识设计出满足任务书要求的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。1.2设计任务（1）总体方案的确定；（2）主电路原理及波形分析、元件选择、参数计算；（3）系统原理图、稳态结构图、动态结构图；（4）电流环、转速环

4、的参数的设计；（5）根据电流环、转速环的参数构建仿真模型；（6）进行MATLAB仿真；第2章双闭环直流脉宽调速系统的原理设计2.1方案选定直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，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PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。总体方案简化图如图1所示。ASRACRPWM¦βR1/Ce¦αUn*Ui*nId--图1双

5、闭环调速系统的结构简化图用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。2.2桥式可逆PWM变换器的工作原理脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大

6、小，以调节电机转速。桥式可逆PWM变换器电路如图2所示。这是电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。图2桥式可逆PWM变换器电路2.3双闭环直流调速系统的静特性分析由于采用了脉宽调制，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，电压平衡方程如下.按电压平衡方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式，电枢两端在一个周期内的电压都是，平均电流用表示，平均转速，而电枢电感压降的平均值在稳态时应为零。于是其平均值方程可以写成则机械特性方程式2.4双闭环直流调速系统的稳态结构图首先要画出双闭环直流系统的稳态结构图如图4所示

7、，分析双闭环调速系统静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征。一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值；不饱和——输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当与使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是为零。图3双闭环直流调速系统的稳态结构框图实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合于一个调节器输入端的缺点，最好的方法就是将被调量转速与辅助被调量电流分开加以控制，用两个

8、调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。所以本文选择方案二作为设计的最终方案。如图4为双闭环直流调速系统原理.图4双闭环直流调速系统原理图第3章双闭环直流脉宽调速