直流电机双闭环调速控制系统设计

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1、摘要近年来，自动化控制系统在各行业中得到了广泛的应用和发展，而直流调速系统作为电力拖动系统的主要方式之一，在现代化生产中起着十分重要的作用。随着微电子技术的不断发展，计算机在调速系统中的应用使控制系统得到简化，体积减小，可靠性提高，而且各种经典和智能算法也都分别在调速系统中得到了灵活的应用，以此来达到最优控制效果。以单片机为控制核心的数字直流调速系统有着许多优点：由于速度给定和测速采用了数字化，能够在很宽的范围内高精度测速，所以扩大了调速的范围，提高了测速控制系统的精度；由于硬件的高度集成化，所以使得零部件数量大大减少；由于很多功能都是由软件实

2、现的，使硬件得以简化，因此故障率小；单片机以数字信号工作，控制方法灵活便捷，抗干扰能力较强。本论文在直流调速系统理论研究的基础上，以80C196KC单片机为控制核心，对双闭环直流调速系统中的转速调节器采了用PID控制算法、电流调节器采用了PI算法，设计了一套全数字直流电机闭环调速系统。并且介绍了直流电机调速系统的功能和特性，分析了双闭环PID控制的调速系统的数学模型，确定了电流环和转速环的比例和积分系数。此外，本次设计采用了数字式速度给定和数字式测速方法，大大提高了速度控制的精度。关键词：直流电动机；调速；PID控制；双闭环目录摘要I目录II1

3、设计任务：11.1技术数据11.2要求完成的任务12直流电机双闭环系统的组成12.1双闭环系统总体原理结构方案设计12.2双闭环系统各组成部分电路方案设计22.2.1晶闸管整流电路及保护电路22.2.2触发控制电路42.2.3系统给定62.2.4检测电路62.2.5调节器的选择83.1电流调节器133.2转速调节器154参考文献155附录151设计任务：1.1技术数据（1）用线性集成电路运算放大器作为调节器的转速、电流无静差直流控制系统，主电路由晶闸管可控整流电路供电的V-M系统电动机：额定数据40KW,220V,210A,1000r/min,

4、电枢电阻Ra=0.5Ω,Rrec=0.8,Ks=40飞轮转矩:Kgm*m=7.0,过载倍数1.5晶闸管可控整流电路：三相桥式整流电路，整流变压器Y/Y连接，二次测线电压U2l=230VV-M系统电枢回路总电阻：R=1Ω测速发电机：永磁式，额定数据23.1W,110V,0.21A,1900r/min（2）稳态性能指标生产机械要求调速范围:D=10；静态率:s%≤5%（3）动态性能指标起动超调量:σn%≤15%σ%≤5%扰动产生的动态偏差:(n-n)/n*100%≤10%;恢复时间:t≤0.5s（4）对起动、停车的快速性无特别要求1.2要求完成的任

5、务1.完成直流转速、电流双闭环系统整体设计2.按性能系统调节器的设计及相关计算3.在实验室完成转速、电流双闭环系统的实验4.呈交一份不少于5000字课程设计说明书,一套设计图纸,一份实验报告2直流电机双闭环系统的组成2.1双闭环系统总体原理结构方案设计直流电机双闭环系统原理图及其描述图2-1直流电机双闭环系统原理图转速电流双闭环控制的直流调速系统是最典型的直流调速系统，其原理结构如图2-1所示。双闭环控制电流调速系统的特点是电机的转速和电流分别由两个独立的调节器分别控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电机

6、电枢的电流。当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电机电流增大，从而使电机获得加速转矩，电机转速上升。当实际转速高于给定转速时，转速调节器的输出减小，即给定电流减小，并通过电流环调节使电机电流下降，电机将因为电磁转矩减小而减速。在当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流限制Idm实现电机的加速，使电机的启动时间最短，在可逆调速系统中实现电机的快速制动。在不可逆调速系统中，由于晶闸管整流器不能通过反向电流，因此不能产生反向制动转矩而使电机快速制动。2.2双闭环系统各组成部分电路方案设计

7、2.2.1晶闸管整流电路及保护电路如下图，为晶闸管整流电路原理图，其中整流变压器以Y/Y连接。图2-2三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路的特点：1.2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。2.对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相180°。图2-2三相桥式全控整流电路原理图

8、1.ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。2.需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双