直流电机调速控制系统设计.doc

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1、成绩电气控制与PLC课程设计说明书直流电机调速控制系统设计.TranslateDCmotorspeedControlsystemdesign学生王杰学号20130503213学院班级信电工程学院13自动化专业名称电气工程及其自动化指导教师肖理庆2016年6月14日目录1××11.1××××××11.1.1××××11.1.2××××1……1.2××××××11.2.1××××1……2×××××22.1××××××22.1.1××××2……3×××××43.1××××××43.1.1××××4……参考文献5附录6附录16附录26目录编至三级标题，参考文献、附

2、录同样按第一层次（章）的编辑要求处理，另起新页，与正文一起顺序用阿拉伯数字编页。目录中各章题序及标题用小四号黑体，其余用小四号宋体。1直流电机调速控制系统模型1.1直流调速系统的主导调速方法根据直流电动机的基础知识可知，直流电动机的电枢电压的平衡方程为：式(1.1)公式中：为电枢电压；为电枢电动势；为电枢电流与电阻乘积。由于电枢反电势为电路感应电动势，故：式(1.2)式中：为电动势常数；为磁通势；为转速。由此得到转速特性方程如下：式(1.3)由式（1.3）可以看出,调节直流电动机的转速有以下三种方法：1.改变电枢回路的电阻R——电枢回路串电阻调速。属于有级

3、调速，且不易构成自动调速系统，当电机低速运行时，电枢外串电阻上的功耗大，系统效率低，故一般不予采用。2.减弱励磁磁通——弱磁调速。可以构成无极调速，但只能在电动机额定转速以上做小围的升速，不能作为主导调速方法。3.调节电枢电压Ｕ——降压调速。可以构成无极调速，且调速围大、控制性能好。而且，现代电力电子技术的发展，使得直流电源输出电压能够非常容易地实现连续可调。因此，降压调速是直流电机调速系统的主导调速方法。1.2直流电机调速控制的传递函数在直流电机调速系统常是以他励式直流电动机为控制对象,其等效控制电路如图1-1所示。图1-1他励直流电机等效控制电路1.2

4、.1电流与电压的传递函数由上述电路图，得出其相应的动态方程：式(1.4)式中：L为电枢回路电感；为，感应电动势。公式变换后得：式(1.5)式中：,为电机电枢回路的电磁时间常数。对两边同时拉氏变换后，整理可得电流与电压的传递函数：式(1.6)1.2.2电动势与电流的传递函数由已学可知，单轴系统的运用方程为:式(1.7)由于输出转矩与电磁转矩和空载转矩之间的关系为：式(1.8)若忽略空载转矩，则式(1.8)可简化为：式(1.9)其中，有：式(1.10)式(1.11)且,,故可得：式(1.12)式中：是电力拖动系统整个运动部分折算到电动机轴上的转动惯量。因为本系

5、统选用的是永磁直流电机，所以电动机的转矩是电枢电流的比例函数，其方程式为：式(1.13)式(1.14)式中:为电动机转矩常数，且；为电机极对数；为电枢绕组总导体数。因为电枢反电势即为感应电动势，故:式(1.15)由式（1.12），式（1.13），式（1.14），式（1.15）可得：式(1.16)对两边同时拉氏变换后，整理可得电动势与电流的传递函数：式(1.17)式中：为电动机的机电时间常数。根据式（1.6）和式（1.16），对其两式在零初始条件下取拉普拉斯变换可得到如图1-2所示他励直流电动机的方框图。图1-2他励直流电机的动态方框图由此可得，当外界负载转

6、矩为零时，他励直流电机的传递函数为：式(1.18)1.3直流调速系统的控制方法选择常见的直流电机的调速控制系统有模拟系统和数字控制系统之分，其中模拟系统又有不同精度条件下的开环与闭环控制系统。模拟系统具有物理概念清晰、控制信号流向直观等优点，但其控制规律体现在硬件电路和所用的器件上，因而线路复杂、通用性差，控制效果受到器件的性能、温度等因素的影响。而采用以微处理器为核心的数字控制系统，其硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温漂的影响；其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，更改起来灵活方便。本文结合所学知识，为了同时满足动态性能指标和稳态性能指标,

7、采用了双闭环直流调速系统，即引入电机转速、电枢电流等反馈量的设计系统。1.3.1开环直流调速系统图1-3开环直流调速系统原理图如图所示，调节控制电压就可以改变电机的转速。如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定围的无极调速，有一些用途。但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求。也就是说，静差率不能太大，精度不能太低，而这开环系统往往不能达到。1.3.2单闭环直流调速系统图1-4速度闭环控制直流调速控制系统由前述分析可知，开环系统不能满足较高的调速指标要求，因此必须采取闭环控制系统。图1-4所示的是，转速反馈单闭

8、环调速系统，其是一种结构相对复杂的反馈控制系统。转速控制是动态性能