异步电机串级控制系统设计
河南城建学院《运动控制系统》课程设计题目：异步电机串级控制系统设计
系别：电气与电子工程系
专业：自动化
姓名：
学号：
指导教师：
河南城建学院
2013年01月05日
第一章串级控制系统
1.1 主电路方案的确定
全面比较单闭环和双闭环调速系统，把握系统要求实现的功能，选择最适合设计要求的虚拟控制电路。根据系统实际，选择转速、电流双闭环调速系统。
对于交流异步电动机转差功率消耗型调速系统，当转速较低时转差功率消耗较大，从而限制了调速范围。如果要设法回收转差功率，就需要在异步电动机的转子侧施加控制，此时可以采用绕线转子异步电动机。但在电阻上将消耗大量的能量，效率低，经济性差，同时由
于转子回路附加电阻的容量大，可调的级数有限，不能实现平滑调速。为了克服上述缺点，必须寻求一种效率较高、性能较好的绕线转子异步电动机转差功率同馈型调速方法，串级调速系统就是一个很好的解决方案。
串级调速是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势而产生的。它属于变转差率来实现串级调速的。与转子串电阻的方式不同，串级调速可以将异步电动机的功率加以应用，
因此效率高。
1.2 系统静态及动态要求
采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二
者之间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能。
I 与带电流截止负反馈的单闭环系统相比，双闭环调速系统的静特性在负载电流小于dm
时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主调作用，系统表现为电流无静差。得到过电流的自动保护。显然静特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动。
1.3 串级控制基本思路
在异步电机转子回路中附加交流电动势调速的关键是在转子侧串入一个可变频、变幅的电压。对于次同步电动状态的情况，将转子电压先整流成直流电压，再引入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的幅值，就可调节异步电动机的转速。把交流变压变频问题转化为直流变压问题，分析与实现都比较方便。电气串级调速系统原理图：
图1-1电气串级控制系统原理图
第二章主电路设备和元件的计算与选择
2.1电动机的选择及方案
2.1.1 供电方案的选择
变电压调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。根据本此设计的技术要求和特点选V-M系统。
在V-M系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置GT输出脉冲的相位，从而方便的改变整流器的输出，瞬时电压Ud。由于要求直流电压脉动较小，故采用三相整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能要求，选择晶闸管三相全控桥交流器供电方案。因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半，
这是三相桥式整流电路的一大优点。并且晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、 体积小、重量轻、投资省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。综上选晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。
在一般情况下，晶闸管变流装置所需的交流电供电压与电网往往不一致。另外为了减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求能够隔离，所以通常要配用整流变压器。为了抑制谐波干扰，一般采用Y
?
接法的整流变压器。
2.1.2 电动机的选择
本设计采用内反馈串级调速，电机型号等已在给定指标中说明 控制电机型号 YR250M2-4 额定转速 1480r/min 额定功率 40kW 效率 91.5% 调速范围 D=3 静差率 S ≤0.01 定子电压/电流 380V/85A 功率因数 0.87 转子电压/电流
340V/81A
频率
50HZ
表2-1 绕线式异步电动机 1）电动机参数计算
额定转差率 S N =（1500-1480）/1500=0.01333 临界转差率 S m = S n [2λ/1-2S N (λ-1)-1/2λ]=0.082 定子电阻
r 1=0.95U 1N S/3I 1n =0.95*380*0.013/3*85=0.032Ω
转子电阻2r ：2220.01333400.0323381
N N N
S E V
r I ?=
=
=Ω?
定转子绕组的变比K ：
120.95/0.95380/340 1.06N N K U E V V ==?=
折算到转子侧的定子电阻
r
'
1
=r 1n /k M 2=0.032/1.062=0.028Ω
电动机额定转矩M N =9550P N /n N =9550*40/1480=258N.M
折算到转子侧的漏抗()
()
22
122
112
2
22
/3/210380/32
0.0320.032/1.0621032580.28N
p
N
U n X r r K M λ??
?
?
???=--
???
?
?? ??
?
?
?
??
??
?
???=--Ω
????? ??? ???
?
?
=Ω
2）逆变压器参数初步计算 变压器二次额定电压U 2
U 2=(1-1/D)E 2N /COS βmin=(1-1/3)340/cos300=261V 折算至直流侧的变压器等效电阻r d
r d =0.01U 2/3I 2N =0.01*261/381=0.0186Ω
折算至二次侧的变压器漏抗Xs
Xs =0.05 U 2/3I 2N=0.05*261/381=0.093Ω
平波电抗器直流电阻R L
R L =0.01E 2N /3I 2N =0.01*340/381=0.0242Ω
3）在串级调速状态运行时的额定转矩M CN 串级调速运行时直流回路额定电流dN I : 3/1.7381106.7dN I A A =?=
串级调速运行时的额定转矩C N M ： '
011131.739.56531.35340 1.730.0280.28106.7106.7289.5.1500C N d dN dN M E r X I I N m
ωππ????=-+ ???????
????=
?-?+???= ???????
转矩降低系数m k ：/289.5/258 1.12m CN N k M M === 4）串级调速状态运行时最高转速的确定 直流回路总等效电阻为
X r
r
r R
S
d
m
X m
RL π
π
+
+
++
+=∑
)(73.12
1
=∑
R
1.73(0.028+0.032)+0.0186+0.0242+3/π*0.28+3/π*0.093=0.503Ω
取系统过载系数为λ=2，则有直流回路最大电流I dm 为 I dm =λI dN =2*106.7=213.4A 最大电流时的电动势系数Ce/I dm Ce/I dm =[E d0-(1.73r 1+3/πX)
I dm]/n 0=[1.35*340-(1.73*0.028+3/π*0.28)*213.4]/1500=0.261V .min/r 所以最大电流时对应的最高转速为：
n max =[ E d0-R I dm ]/ Ce/I dm =[459-0.503*213.4]/0.261=1348r/min 则n min =1/3*1348=449 r/min
转速降低系数k n =n max /n n =1348/1480=0.91 功率降低系数K p =k n /k m =0.91*1.08=0.98
5）电动机校验k p P N =0.86*40=34.4>P L 所以，所选电机容量合适 6）换向重叠角的校验
22arccos 122213.40.28arccos 1234041.360
dm n o
o
I X E A V γ??
=-
?
??
?
??Ω?
?
=-
???
?
=< 所以，系统工作在第一工作区 2.2逆变变压器的参数计算
1、 逆变压器二次侧电压
S max =n 0-n min /n 0=(1500-449)/1500=0.70
U 2=S max E 2N /COS βmin=0.70*340/cos300
=274.8V ,取275V 2、逆变压器二次侧电流
=
=
I
I
n
T
2281A
3、逆变变压器容量计算
KVA I
U
S
T
T n
T
58.38812783322=???=
=
取39KV A
4、逆变变压器一次侧电流
A
A U
S
I
n
T
T
59380
339000311=?=
=
5、逆变变压器参数计算
Ω
=Ω??
==0196.081
327501.03
201
.02I
r
n
d
U
22275%0.050.0983381
T
k n
U u X
I
=
?
=?
Ω=Ω?
R=1
d
+R L +3/πX+3/πXs=1.73*(0.028+0.032)+0.0196+0.0242+3/π*0.28+3/π
*0.098=0.509Ω
0m ax /1.353450.509213.41343/m in 0.261m in/d dm e dm
E R I n C I V A
r V r
-=?-Ω?=
=?
2.3 整流元器件的计算与选择
1、转子整流器的额定电压
U TN =(2~3)2U 2=(2~3)2275=(778~1167)V 取1200V 2、额定电流
ITN=（1.5~2）K tb I dm =(1.5~2)0.368*213.4=(118~157)A 取200A 选取晶闸管KP200-12、硅整流器件ZP200-12各6只
2.4平波电抗器电感量的计算
1、电动机等效电感
mH
mH f
X
L
M
M
89.050
21028.0210
3
1
3
=??=
?=
ππ
2、逆变变压器的漏感
mH
mH f
X
L
T
T
312.050
210098.0210
3
1
3
=??=
?=
ππ
3 、按电流连续要求的电感量
)
(23min
2
1L I U
K
L T d
T I
d L +-=
即 Lcrl=0.693*(275/3)/0.05*106.7-2(0.89+0.312)=18.2mH 4 、按限制电流脉动要求的电感量
()
()3
2
2113
10/220.05108275/
3
20.890.3122300
0.05106.7
10.2dm m M L d
d U U U L L L f I m H m H
ππ?=
?
-?+?=
?
-?+??=
2.5控制系统的保护
2.5.1过电压保护 1）过电压保护—阻容保护 交流侧过电压保护措施如图所示：
阻容保护参数计算：由于逆变变压器容量40kVA >5kVA ，故变压器一次侧、二次侧均设置阻容保护环节。
变压器一次侧阻容吸收装置参数计算：
变压器每相伏安数为13.3kVA ，阻容保护采用?接法，则电容值1C 为
12
132
16%3
(/
3)
113.310653220
2.75t S C i U F F
μμ=???
?=???
=
实取1C =4.7F μ。
电容的耐压值1
1.5 1.5380570C C U U V V ≥=?=
TI
Y d11
R 1
R 1C 1
C 1
C 2
C 2
R 2R 2
?2-2????????
电阻1R 按下式计算：
()
2
1
12
3
/3
%3 2.3%220
53 2.313.310
5
25k t U
U R S
i =??
?=???
Ω
?=Ω
，取1R =20Ω。
阻容电流C I ：6
162102 3.1450 4.7380100.56C C I fC U S F V V A
πμ---=?=?????=
电阻功率1R P ：22211(3~4)40.562025.1R C P I R A W ==??Ω=
根据上述计算，实选阻容装置为：油浸电容4.7F μ，630V ，3支；绕线电阻20Ω，100W ，3支。
变压器二次阻容吸收装置参数计算如下： 阻容装置采用?接法，则 222
3
2
6%13.31065275
5.28t S C i U F F
μμ=???=??
=
实取2C =5.6F μ。
2C 的耐压值21.51.5275412.5C C U U V V
≥=
?=，
电阻2R 按下式计算：2
222
3%2.3%275
5
2.3
13.3105
13.08
k t U U
R S i =??
=??Ω?=Ω 取2R =13Ω。 阻容电流C I ： 6
1
6
2102 3.1450 5.6275100.48C C I fC U S F V V A
πμ---=?=?????=
电阻功率1R P ：22212(3~4)40.481312R C P I R A W ==??Ω=
根据上述计算，实选阻容装置为：油浸电容5.6F μ，630V ，3支；绕线电阻13Ω，100W ，3支。
2）直流侧过电压保护
直流侧与交流侧过电压保护方法相同。保护线路如右图所示。 容阻保护参数计算：电容量d C 计算如下。（式中：cd K ，计算系数值。对于三相桥式电路cd K =700003；2o I ，折算至变压器二次侧的空载电流（A ））
22
o d cd
I C K fU == 1
6.5
81100700003
46.450275A
F S V
μ-?=? 取d C =47F μ。
电容器耐压值 1.5 1.52275583C U V V ≥=??=
电阻值()22
2750.139.056.5/10081Rd Rd o U V
P k I A
=?
=?
?
=Ω?,取10Ω。
d R 的额定功率Rd P （W ）：
2
2
2
2
2
6(2~3)128.8910
(2~3)7~101102 3.143004710d
Rd d n d U R P R f C W W σπ-=?
??+ ???
?=?=??+ ?
??????
实选油浸电容47F μ，耐压630V ，1支；绕线电阻10Ω，100W ，1支。
式中：d R 的额定功率Rd P （W ）：U σ，谐波电压（V ），对于三相桥式电路U σ≈8.89V ；n f ，谐波频率（Hz ），对于三相桥式电路n f =300Hz 。
R d C
d
?2-3
????????
2.5.2 过电流保护
1）直流快速自动开关保护。为了防止变流装置逆变失败及直流侧短路，实行过载保护，本系统采用采用了DS-6/8快速自动开关接在被保护的直流电路内。
2）交流侧保护。为了使系统的保护特性协调，满足串级调速运行的起动操作顺序和停车操作顺序，在逆变变压器及电动机电源侧和变压器二次侧均采用DW 型自动空气开关实现电路保护。
3）快速熔断器保护。快速熔断器作过流保护是半导体变流装置中应用最普遍的保护措施。本系统采用与晶闸管和硅整流元件串联快熔，以及在逆变变压器二次侧串接快熔的方法，实现对元器件和系统的过电流保护。右图是快熔与晶闸管器件串联的保护线路。当线路一旦出现短路故障，能保证在装置损坏之前，快速切断短路电流。 与元器件串联快熔FU1的计算：
A A I I TN N 31420057.157.1=?=≤ 实选RS3-750V-300A,12只。
逆变变压器二次侧快熔的计算：
A A I I N 200~12080)5.2~5.1()5.2~5.1(2=?== 实选RS3-750V-200A ，3只。
2.6系统功率因素的改善—补偿电容器
补偿电容器接入系统的示意图如下：
改善串级调速装置功率因素的方法有两类，一类是改变串级调速系统本身的结构，即
M
3~
T I
L T
C
C
C
3
3
3~
?2-4
?????????????
利用改进的串级调速装置；另一类是利用电力电容器来改善功率因素。 利用电容器改善功率因素方便易行，故应用较广。
第三章 控制回路单元电路的选择
3.1电流环元件的选择
1、电流检测装置
三相桥式有源逆变器中，交流测有效电流I2与直流侧电流Id 间有着近似的比列关系，即I2=0.816Id,因此，利用交流电流互感器检测电流，即可以反映直流电流，又能把控制回路与主回路隔离。结构上，交流电流互感器简单。因此，本设计采用交流电流互感器做为电流检测装置。
2、电流调节器ASR 的机构：
10k Ω10k Ω
10k Ω
10k Ω
10k Ω
10k Ω
oi
C oi
C oi
C *
i
U i
U -+
3.9k Ω
1k Ω
1k Ω
30k Ω
30k Ω
100Ω
100Ω
i
R i
R C
2
V 15V
-15V
+2
VD V D 1
V D 3
V T 1
V T 2
c i
U
R
R P 1
????
?????
??
??
?????3-1
?????A C R ???
为了满足工艺要求，提高系统的动态性能，电流调节器采用近似的PI调节器，由高增益线性组件BG305构成，电流调节器ASR的输出信号和功率放大后做为触发装置GT的移相信号Uct。
3、触发装置的选择
触发器是晶闸管交流装置的一个极其重要组成部分。进年来，触发电路迅速向集成化发展。集成电路触发器具有性能可靠、线性度好、功耗低、体积小、使用方便的优点。故本设计采用KCZ6集成六脉冲触发组件。该组件采用三块KC04移相触发器、一块KC41六路双脉冲形成器、一块KC42脉冲列调制形成器组成。它将控制电压Uct的幅度转化为相应控制角的触发脉冲，通过脉冲变压器使主电路可靠地工作。控制KC41端子7的逻辑电平，可以很方便地实现对输出脉冲的封锁与开放。当控制端子7接逻辑电平时，无输出脉冲。
3.2 转速检测环节的选择
1、转速检测环节和电压隔离器
转速检测装置的质量和安装精度直接影响着系统的动态品质。本系统采用永磁式直流测速发电机实现转速检测。选用ZYS231/110型。为了使测速发电机与控制回路隔离，本系统设置了直流电压隔离器。
2、转速调节器ASR的结构
转速调节器ASR采用与ASR相同的结构，由线路组件BG305构成近似的PI调节器，调节器的设置，使转速n跟随给定值Un*变化，稳态时无静差，对负载变化起抗干扰作用；其输出限幅值决定最大电流。
第四章 调节器的工程设计
4.1双闭环系统静态参数计算
1、取速度给定电压 V U gn
10=
速度反馈系数α
1
min
max min)
/(01112.0449
134810-?=-=
-=
r n n U
gn
α
转速负反馈回路比较电压u com =an min =0.01112*449=5V 实选：稳定电压为5V 的硅稳压管 2、取电流给定电压 Uim*=7.5
电流反馈系数β β= Uim* /Idm=7.5/213.4=0.035V/A
转速调节器稳压放大系数Kn Kn=βIdn/(αsn nin )=0.035*106.7/(0.01112*0.01*449)=74.8 取Kn=80
Rn=KnR0=80*20K Ω=1.6M Ω
系统的稳态速降N n ? N n ?=βIdn/ Kn α=0.035*106.7/（80*0.01112）=4.2r/min 低速时静差率S S=N n ?/n min =4.2/449=0.0093<1% 满足系统稳态性能要求。 3、双闭环稳态结构图
K s α
1/C e
U *
n
U c I d
E
n
U
d0
U n
+
+ -
ASR + U *i
- R
β
ACR -
U i
UPE
图4-1双闭环稳态结构图
4.2 双闭环系统的动态参数计算
ASR
ACR
1
1
+s T on 11+s T oi 1+s T k s s 1
/1+s T R
l s
T R m e
C 11
+s T on α1
+s T oi βU n (s)
+
_U fn
U i (s)
+_
U fi
U c (s)
U d0(s)
+_E(s)+_
I dl (s)
I d
图4-2双闭环动态结构图
1、电流环参数计算
*()
Ui s β
()
Id s +
-
ACR
/(1)(1)
l I Ks R
T S T S β∑++
图4-3电流环动态结构图
取平均失控时间Ts=1.7ms, Toi=2ms, %σ=4.3%, ξ=0.707
所以电流调节器的参数为τ=Ti=0.0243s Ki=0.5*
i
Lm k T β∑=1.14，Lm=0.89+0.312=1.2mH, 取R 0=20k Ω, 则
Ri=0.5Ki R 0=0.5*1.14*20=11.4K Ω Ci=τi /R =3
0.024311.4*10
=2.1F μ
Coi=
4io T R =4*0.002/320*10=0.4F μ
选R=470, RP 1=4700,R 1=12000,C 1=2.2F μ
图4-4ACR 调节器
2、转速环参数计算
+
-
*()
Ui s α
2/1)(1)
N nS n K S T s τ∑++()
n s
图4-5转速环动态结构图
由于系统要求抗扰性能及跟随性能好，转速环按典型Ⅱ型系统设计， 取 h=5, Ton=10ms, R0=20k Ω， i
T
∑=3.7ms
n
T
∑= Ton+i
T
∑=0.0174s
'
1132 1.739.56531.353402 1.730.0280.28106.7/15002.49/m do o C E r X IdN N m A N m A
ωππ????=-?+ ???????
????
=
?-??+??? ???????
=?
本系统拖动电动机转动惯量为J=2.3672.kg m ，即 GD 2=4*9.81J=4*9.81*2.49*=97.872.N m
按主传动系统GD ∑2为电动机GD 2的1.5倍考虑，则拖动系统飞轮惯量GD ∑2 GD ∑2
=1.5 GD 2
=147 N.M 2
电动机的积分时间常数 T 1= GD ∑2/375C M =147/（375*2.49）=0.157s 转速环开环增益 K N =h+1/2h 2
T n ∑ 2
n n hT τ∑==5*17.4=0.087s
K n =h+1/2h*/βα* T 1/T n ∑= 6/10*0.035/0.01112*0.157/0.0174=17.08 所以Rn=1/2KnR 0=1/2*17.08*20=170.8k Ω C n =n τ/R N =0.087/170800=0.51F μ Con=4Ton/Ro=4*0.01/20000=2F μ
取R=470Ω, RP 1=4700Ω, R N =147k Ω ,Cn=0.5F μ
图4-6ASR 调节器
第五章系统总体结构设计
5.1总主电路图
根据设计方案和选定的控制环节及参数计算,系统的主电路原理图如图5-1
L1L2L3
V1U1W1
QA1
QA2
QA3
U U U
VT1
VT2VT3
VT4
VT5VT6U
K FU RP
Cp
G
QAM
LT
VD11VD31VD51
VD41VD61VD21
C
C
C
QA4
U i1Ui
M 3~
KM1
KM2
KM3
5-1本本本本本本本本本本本本
本本本本本
本本本本本
5.2 控制电路图
控制电路电气原理图如图X,触发电路电气原理图如图5-2。
-+
-+
1
VT 15V
-15V
+VD4
VD5
R8
RP2
RP3
10R 11
R 3C 10R 11
R 3
C -+
15V
-15V
+VD6
VD7
R14
'1.6n R M Ω
156n R k Ω
0.5n C F μ=R17=0.47
Ω
47k ΩRP4
RP5
2
VT 18R 19
R 5
C 20
R 21
R 6
C -+
15V
-15V
+VD8VD9
R29
'1.6n R M Ω
12n R k Ω
2.2n C F μ=R17=0.47
Ω
47k Ω
RP7
RP8
22R 23
R 7
C R28C8
VD10
VD11
R24
R25
R27
RP6
VT3
VD3
Ui
本本本本本
Uci
VST2VST1
VD2
C2
R6
R7
R9
R1
RP
R2
R3R4
R5
VD1
C1
K
S
-本本本本本
RP10
2k Ω
R31
R15
R 32
R33
R34
R35
R36V
TG
U>
C11
C12
C9
C10
K2
-+
-+
本
-15V -15V
+15V +15V
VD14VD15VD16
VD17R37
R38R39
R40
R41R42R43
R44
R45R46R47R48
R49R50
R51
R52
VD17
VD18
SB
+15V
K1
VT4
R59
VST4
Ui1
本本本本本
VD24R56
VST5
K1
K1
R57
HL R60
VD27VT5
K
R55
+15V
VT7
VST3
R56
VT6
R54
VD22R53
1
VD21
VD20
本5-2
本本本本本
第六章 心得体会
本设计通过变流系统将调节绕组从主绕组感应过来的电势串入电机的转子
绕组，改变其串入电势的大小来实现调速。即将内反馈串级调速电动机的部分转子能量取出以改变电动机转差率来实现调速的。同时调节绕组吸收转子的转差功率，并通过与转子旋转磁场相互作用产生正向的拖动转矩，这就使电机从电网吸收的有功功率减少，主绕组的有功电流随转速成正比变化，达到调速节能的目的。
通过本次设计，加强了我对调速系统应用知识的掌握，同时了解了目前工业生产中调速系统的重要性，巩固了我的专业课知识，使自己受益匪浅。同时使我掌握了设计系统的方法、步骤等，提高我们的综合运用所学知识，获取工程设计技能的能力；综合计算及编写报告的初步训练能力；理论联系实际和分析、解决问题的能力。为今后的工作和学习打下了坚实的基础。
PWM控制直流电机的系统的设计
电力电子与电机拖动综合课程设计 题目： PWM控制直流电机的系统 专业： 05自动化 学号： 200510320219 姓名：张建华 完成日期： 指导教师：李晓高
电力电子与电机拖动综合课程设计任务书 班级：自动化05 姓名：张建华指导老师：2008年6月10日 年月日
目录
1 引言 直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。最近几年来，随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。 本电机调速系统采用脉宽调制方式, 与晶闸管调速相比技术先进, 可减少对电源的污染。为使整个系统能正常安全地运行, 设计了过流、过载、过压、欠压保护电路, 另外还有过压吸收电路。确保了系统可靠运行。 2 系统概述 2.1 系统构成 本系统主要有信号发生电路、PWM速度控制电路、电机驱动电路等几部分组成。整个系统上采用了转速、电流双闭环控制结构，如图1所示。在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器
四相步进电机控制系统设计资料讲解
四相步进电机控制系 统设计
课题：四相五线单4拍步进制电动机的正反转控制专业：机械电子工程 班级：2班 学号： 20110259 姓名：周后银 指导教师：李立成 设计日期： 2014.6.9~2014.6.20 成绩：
1概述 本实验旨在通过控制STC89C52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。具体功能主要是控制电机正转10s、反转10s，连续运行1分钟，并用1602液晶显示屏显示出来。 具体工作过程是：给系统上电后，按下启动开关，步进电机按照预先 实验具体用到的仪器：STC89C52芯片、开关单元、四项步进电机、等硬件设 备。 实验具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路、1602液晶显示屏显示电路。 2四相步进电机 2.1步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 2.2步进电机的控制 1.换相顺序控制：通电换相这一过程称为脉冲分配。 2.控制步进电机的转向控制：如果给定工作方式正序换相通电，步进 电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
3.控制步进电机的速度控制：如果给步进电机发一个控制脉冲，它就 转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。 2.3步进电机的驱动模块 ABCD四相工作指示灯指示四相五线步进电机的工作状态 2.4步进电机的工作过程 开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动， 1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，
直流电机控制系统设计
直流电机控制系统设计
XX大学 课程设计 （论文） 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7 月9 日至2012年7 月20 日 课程设计的内容及要求： 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。 指导教师年月日 负责教师年月日
学生签字年月日 目录 0 前言 (1) 1 总体方案设计 (2) 1.1 系统方案 (2) 1.2 系统构成 (2) 1.3 电路工作原理 (2) 1.4 方案选择 (3) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 系统分析与硬件设计 (3) 2.2 单片机AT89C52 (3) 2.3 复位电路和时钟电路 (4) 2.4 直流电机驱动电路设计 (4) 2.5 键盘电路设计 (4) 3软件设计 (5) 3.1 应用软件的编制和调试 (5) 3.2 程序总体设计 (5) 3.3 仿真图形 (7) 4 调试分析 (9) 5 结论及进一步设想 (9) 参考文献 (10) 课设体会 (11) 附录1 电路原理图 (12) 附录2 程序清单 (13)
异步电动机矢量控制系统的仿真
异步电动机矢量控制系统仿真 1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真 1.1 异步电动机矢量控制原理 异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得使用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。 本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。 图1矢量变换控制系统仿真原理图 如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 （1） （2） （3） （4）
（5） 上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率； 是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速和实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，和ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，和定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。 1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模 在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。 图2 电流控制变频模型图 整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接和实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、
两相步进电机控制系统设计
综合课程设计 题目两相步进电机 学院计信学院 专业10自动化 班级2班 学生姓名 指导教师文远熔 2012 年12 月28 日
两相步进电机课程设计报告 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 关键字: 步进电机单片机
无刷直流电机控制系统的设计
1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展，无刷直流电机发展的初期，由于大功率开关器件的发展处于初级阶段，性能差，价格贵，而且受永磁材料和驱动控制技术的约束，这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内，都停
基于单片机的步进电机控制系统的设计_毕业设计
本科毕业设计 基于单片机的步进电机控制系统的设计
摘要 随着自动控制系统的发展和对高精度控制的要求，步进电机在自动化控制中扮演着越来越重要的角色，区别于普通的直流电机和交流电机，步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件，是机电一体化的关键组成之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 本系统介绍了一种基于单片机的步进电机控制系统的设计，包括了硬件设计和软件设计两部分。其中，硬件设计包括单片机最小系统、键盘控制模块、LCD显示模块、步进电机驱动模块、位置检测模块共5个功能模块的设计。系统软件设计采用C语言编写，包括主程序、数字键处理程序、功能键处理程序、电机驱动处理程序、显示模块、位置采集模块。 本设计采用STC89C52单片机作为主控制器，4*4矩阵键盘作为输入，LCD1602液晶作为显示，ULN2003A芯片驱动步进电机。系统具有良好的操作界面，键盘输入步进电机的运行距离；步进电机能以不同的速度运行，可以在不超过最大转速内准确运行到任意设定的位置，可调性较强；显示设定的运行距离和实际运行距离；方便操作者使用。关键词：单片机步进电机液晶显示键盘驱动
Design of the Stepping Motor Control System Based on SCM Qiu Haizhao (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China) Abstract:With the development of automatic control system and the requirements of high-precision control, stepping motor control in automation is playing an increasingly important role, different from the common DC and AC motor, stepper motor rotation angle and rotational speed can be high-precision controlled. Stepper motor as a control actuator is a key component of mechanical and electrical integration, widely used in a variety of automated control systems and precision machinery and other fields. Stepper motor is the open-loop control components changing electric pulse signals into angular displacement or linear displacement .In the case of non-overloaded, the motor speed, stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regardless of load changes, that is, to add a pulse motor, the motor is turned a step angle. This system introduces a design of stepper motor control system based on single chip microcomputer, including hardware design and software design in two parts. Among them, the hardware design, including single chip minimal system, keyboard control module, LCD display module, the stepper motor drive module, position detection module five functional modules. System software design using C language, including the main program, process number keys, the key of function processes, motor driver handler, the display module, position acquisition module. This design uses STC89C52 microcontroller as the main controller, 4 * 4 matrix keyboard as an input, LCD1602 LCD as a display, ULN2003A chip as stepper motor driver. System has a good user interface, keyboard input stepper motor running distance; Stepper motor can run at different speed, and run to any given position accurately in any speed without exceeding the maximum speed, with a strong adjustable ; Display the running distance and the actual running distance, which is more convenient for the operator to use. Key words: SCM stepper LCD keyboard driver
直流电机控制系统设计范本
直流电机控制系统 设计
XX大学 课程设计 （论文）题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 7 月 9 日至 7 月 20 日 课程设计的内容及要求： 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。
指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0 前言...................................................................................... 错误!未定义书签。 1 总体方案设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.1 系统方案 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 系统构成 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 电路工作原理............................................................... 错误!未定义书签。 1.4 方案选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2 硬件电路设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.1 系统分析与硬件设计................................................... 错误!未定义书签。 2.2 单片机AT89C52............................................................ 错误!未定义书签。 2.3 复位电路和时钟电路................................................... 错误!未定义书签。 2.4 直流电机驱动电路设计 ............................................... 错误!未定义书签。 2.5 键盘电路设计............................................................... 错误!未定义书签。 3 软件设计 ............................................................................ 错误!未定义书签。 3.1 应用软件的编制和调试 ............................................... 错误!未定义书签。 3.2 程序总体设计............................................................... 错误!未定义书签。 3.3 仿真图形 ...................................................................... 错误!未定义书签。 4 调试分析 .............................................................................. 错误!未定义书签。
异步电机控制系统PI参数计算
异步电机控制系统PI 参数计算 对于一个控制系统，在设计PI 调节器的参数时，应该先根据系统的传递函数计算出PI 参数的数量级，然后根据系统的响应性能进一步优化PI 参数值。 下面以异步电机控制系统电流环PI 参数推导为例，讲解异步电机控制器PI 参数的设计方法。 1. 异步电机的矢量控制电流环和转速环 异步电机的矢量控制电流环和转速环如上图所示。 上述控制量的传递过程是：给定转速与反馈转速进行转速PI 调节输出sq *i ，给定电流与反馈电流经过电流控制器的PI 调节后生成给定电压信号sq *U ，此电压信号用于产生转子磁链，要计算控制器的PI 参数值，首先要计算出相关的传递函数，再利用PI 调节器对系统进行校正，根据给定的ξ和n ω计算出K P 和K i 值。 下面推导电流环sq *U 与rd ?的传递函数。 矢量控制系统已有几种方案获得成功应用，包括转子磁场定向矢量控制、气隙磁场矢量控制、定子磁场矢量控制，所谓磁场定向就是规定d 轴与磁场方向的关系，当取d 轴与转子磁场方向重合时，就是转子磁场定向当取dq 坐标系的旋转速度与定子磁场同步旋转速度相同时，此时转子磁通在q 轴的分量为零，目前应用最广泛的就是按转子磁场定向的矢量控制。 此时： r rm rd ???== 2.38 0rt rq ==?? 2.39
ωωω-=1s 2.40 磁链方程：rd m sd s i L i L +=sd ? rq m sq s i L i L +=sq ? 2.41 rd r sd m i L i L +=rd ? 0sq =+=rq r sq m i L i L ? 由以上四式解出rd i 、rq i 与sd i 、sq i 的关系： r sq m rq L i L i - = 2.42 )(1 sd m rd r rd i L L i -=? 2.43 根据文件上《异步电机dq 坐标系上的数学模型推导》得出： sq dqs sd sd s sd P i R u ?ω?-+= sd dqs sq sq s sq P i R u ?ω?-+= 0=+=rd rd r rd P i R u ? 2.44 0=+=rd dqr rq r rq i R u ?ω 在鼠笼式异步电机中rd u 、rq u 为0。 下面把转子磁链用sd i 表示。 sd r m rd i P T L 1 +=? 2.46 转差频率为： rd r sq m dqr dqs s T i L ?ωωωωω= -=-=1 2.45 式中r T 为转子时间常数，r r r R L T = 将（2.38）、（2.39）、（2.41）代入（2.44）化简后可得：
步进电机控制系统设计.
毕业设计论文 论文题目：基于单片机的步进电机控制电路板设计 摘要 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。 本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。 系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、数码显示（SM420361K数码管）模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。软件采用在Keil软件环境下编辑
************* 第1章绪论 1.1 课题背景 当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品（打印机、照相机、雕刻机）、工业控制（数控机床、工业机器人）、医疗器械等机电产品中。研究步进电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。控制核心采用C51芯片，它以其独特的低成本，小体积广受欢迎，当然其易编程也是不可多得的优点为此，本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统，可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。 1.2 设计目的及系统功能 本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。 1
直流电机控制系统设计.
XX大学 课程设计 （论文） 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名
指导教师 航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7月9日至2012年7月20日 课程设计的容及要求： 1.容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。
指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0 前言1 1 总体方案设计2 1.1 系统方案2 1.2 系统构成2 1.3 电路工作原理2 1.4 方案选择3 2 硬件电路设计3 2.1 系统分析与硬件设计3 2.2 单片机AT89C523 2.3 复位电路和时钟电路4 2.4 直流电机驱动电路设计4 2.5 键盘电路设计4 3软件设计5 3.1 应用软件的编制和调试5 3.2 程序总体设计5
3.3 仿真图形7 4 调试分析9 5 结论及进一步设想9参考文献10 课设体会11 附录1 电路原理图12附录2 程序清单13
直流电机调速系统设计 XXXXX大学自动化学院 摘要：本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法，直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS-51单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统体积小，结构简单、可靠性高、操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 关键词：单片机最小系统；PWM ；直流电机调速; 0 前言 电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。
永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与实现资料
永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与 实现
电机的控制 本文设计的电机效率特性如图 转矩(Nm) 转速(rpm) 异步电机效率特性 PMSM 电机效率特性 本文设计的电动汽车电机采用SVPWM 控制技术是一种先进的控制技术，它是以“磁链跟踪控制”为目标，能明显减少逆变器输出电流的谐波成份及电机的谐波损耗，能有效降低脉动转矩，适用于各种交流电动机调速，有替代传统SPWM 的趋势[2]。 基于上述原因，本文结合0=d i 和SVPWM 控制技术设计PMSM 双闭环PI 调速控制。其中，内环为电流环[3]，外环为速度环，根据经典的PID 控制设计理论，将内环按典型Ⅰ系统，外环按典型Ⅱ系统设计PI 控制器参数[4]。 1. PMSM 控制系统总模型 首先给出PMSM 的交流伺服系统矢量控制框图。忽略粘性阻尼系数的影响， PMSM 的状态方程可表示为 ??????????-+????????????????????----=??????????J T L u L u i i P J P L R P P L R i i L q d m q d f n f n m n m n m q d ///002/30//ωψψωωω& && (1) 将0=d i 带入上式，有 ???? ??????-+??????????? ??? ??--=????? ?????J T L u L u i J P P L R P i i L q d m q f n f n m n m q d ///02/3/0ωψψωω& && (2) 转 矩 (N m )转速 (n /(m i n )) 效率 转速 (rpm) 转矩 (N m )
直流电机控制系统设计(1)
湖南工程学院课程设计《DSP原理及应用》 题目：直流电机控制系统设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2015年5 月19 日
摘要 直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统体积小，结构简单、可靠性高、操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法，直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于TMS320LF2407单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 关键词：单片机最小系统；PWM ；直流电机调速，TMS320LF2407;
前言 电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以
感应电机矢量控制系统的仿真
《运动控制系统》课程设计学院： 班级： 姓名： 学号： 日期： 成绩：
感应电机矢量控制系统的仿真 摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电流滞环PWM调节器，再进行功能模块的有机整合，构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明了该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强，验证了交流电机矢量控制的可行性和有效性。 关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真 一、异步电机的动态数学模 型和坐标变换 异步电机的动态数学模型是一个 高阶、非线性、强耦合的多变量系统， 异步电机的数学模型由下述电压方 程、磁链方程、转矩方程和运动方程 组成。 电压方程： 礠链方程： 转矩方程： 运动方程： 异步电机的数学模型比较复杂， 坐标变换的目的就是要简化数学模 型。异步电机数学模型是建立在三相 静止的ABC坐标系上的，如果把它变 换到两相坐标系上，由于两相坐标轴 互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦 合，仅此一点，就会使数学模型简单 了许多。 （1）三相--两相变换（3/2变换） 在三相静止绕组A、B、C和两相 静止绕组a、b 之间的变换，或称三相 静止坐标系和两相静止坐标系间的变 换，简称 3/2 变换。 （2）两相—两相旋转变换（2s/2r变 换） 从两相静止坐标系到两相旋转坐 标系 M、T 变换称作两相—两相旋转 变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表 示静止，r 表示旋转。
步进电机控制系统课程设计
河北xxxxxx学院 课程设计说明 书 题目：步进电机控制系统 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 同组学生： 指导教师：
步进电机控制系统 设计者：xxxxx 指导老师：xxxx 1摘要： 由于步进电机自身的特点、不需要位置、速度等信号反馈，只需要脉冲发生器产生足够的脉冲数和合适的脉冲频率，就可以控制步进电机移动的距离和速度。步进电机的运转方向的控制为输入电机各绕组的通电顺序。例如，一个三相步进电机的通电顺序为：a—ab—b—bc—c—ca—a--.....，此时点击正转，若通电顺序改为：a—ac—c—cb—b—ba—a--.....时点击反转。既可以通过改变环形分配器的脉冲输出顺序，也可以通过编程改变输出脉冲的顺序，来改变输入到各绕组的通电顺序，达到控制电击方向的目的。 关键词：步进电机 PLC 步进电机驱动器 引言步进电机是一种常用的电气执行原件，一种多相或单相同步点击，在数控机床、包装机械等自动控制及检测仪表等方面得到广泛运用。随着plc的不短发展。其功能越来越强大，除了有简单的逻辑功能和顺序控制外，运算功能的加入、pid和各类高速指令、使得plc对复杂和特殊系统的控制应用更加广泛。Plc与数控技术的结合产生了各种不同类型的数控设备。 2 任务与要求 (1) 了解步进电机的原理 (2) 熟练使用PLC控制步进电机，了解步进电机驱动器原理 3 装置原理介绍 3.1控制系统功能框图 在步进电机控制系统中，首先控制步进电机使之稳步启动，然后高速运动，接近制定位置时，减速之后低速运动一段时间，在准确地停在预定的位置上，最后步进电机停留2s后，按照前进时的加速—高速—减速—低速的步骤返回到起始点，其运动状态转换过程平稳，其功能框图如图3.1所以，其简单工作过程如图3.2所示。 由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程，如果在启动时突然加载高频脉冲，电机会产生啸叫、失步甚至不能启动，在停止阶段也是这样，当高频脉冲突然降到零时，电机会产生啸叫和振动，所以在启动和停止时，都必须有一个加速和减速过程。 3.2步进电机控制系统硬件设计 由于步进电机的硬件结构特性，所以对输入的脉冲的频率有所限制，对于低频的脉冲输出时，plc可以利用定时器来完成。若要求步进电机的速度较快时，就需要用plc的高速脉冲输出指令，这时就需要在程序中设置相应的步骤来完成对步进电机的控制。 3.21 组建器材 （1）主机plc 根据系统的控制要求，采用三菱FX系统系列的plc作为控制器。（2）限位开关此系统中共用了两个限位开关：左限位开关和右限位开关。这两个限位开关的作用是控制物体的位置，防止物体超出合理的工作范围。 （3）步进电机步进电机是该系统的执行机构
(完整word版)开题报告：永磁同步电机控制系统仿真
1．课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统，借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，近年来，世界各国在高精度速度和位置控制场合，己经由交流电力传动取代液压和直流传动[1][2]。 二十世纪八十年代以来，随着价格低廉的钕铁硼(REFEB)永磁材料的出现，使永磁同步电机得到了很大的发展，世界各国(以德国和日本为首)掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合，永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善[3]。以往同步电机的概念和应用范围己被当今的永磁同步电机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁同步电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。 由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合获得广泛的应用[4][5]。 尽管永磁同步电动机的控制技术得到了很大的发展，各种控制技术的应用 - 1 -