带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统
电力拖动控制技术课程设计说明书
题目：带电流截止负反馈单闭环调速系统仿真学院：信息与控制工程学院
专业：自动化
班级： 3班
学生姓名: 王锡华学号: 132******** 指导教师: 管丰年
2016年 6 月 20 日
目录
摘要 (1)
1 已知条件及控制对象的基本参数 (2)
2 设计要求 (2)
3 设计任务 (2)
4 原理 (2)
5 闭环直流调速系统稳态参数的计算 (3)
6 仿真 (5)
7 课程设计体会 (11)
参考文献 (12)
摘要
带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的在对调速精度要求不高的，大功率容量的电机中的应用是非常广泛的，它具有控制简单方便，调速性能较好，设备成本低等的优点。
本次设计是基于对组成调速系统的两个主要部分：
主电路，包括主回路方案的确定、元器件的参数计算和选型、触发电路和保护环节；控制电路，包括转速负反馈环节的参数计算、电流截止负反馈环节的参数计算，电流检测环节和调节器的设计的分析、参数计算和设计，并且用仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。
关键词：直流电机电流截止负反馈主电路控制电路
1 已知条件及控制对象的基本参数
1)电动机：额定数据为10kv，220v,52A，1460r/min，电枢电阻RS=0.5Ω,
飞轮力矩GD2=10N.m2。
2)晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压
=230v,触发整流环节的放大系数Ks=40。
E
2t
3)V-M系统主电路总电阻R=1Ω。
4)测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为23.1w，110v，0.18A，
1800r/min。
5)系统静动态指标：稳态无静差，调速指标D=10，s≤5
6)电流截止负反馈环节：要求加入合适的电流截止负反馈环节，使电动机的
最大电流限制（1.5-2）I
N。
2 设计要求
（1）分析系统结构、原理
（2）电流截止环节设计、设计反馈系数。
（3）利用MATLAB绘制系统的仿真模型并对模块参数进行设置
（4）对该调速系统进行仿真，并观察电动机在全压启动和启动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流的变化情况。
3 设计任务
1) 根据题目要求，分析论证确定系统的组成，画出系统组成的原理框图；
2) 对转速单闭环直流调速系统进行稳态分析及参数设计计算；
3) 应用MATLAB软件对转速单闭环直流调速系统进行仿真；
4) 加入电流截止负反馈环节；
5) 应用MATLAB软件对带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统进行仿真，完善系统。
4 原理
1）闭环调速系统组成原理
与电动机同轴安装一个测速发电机，从而产生与转速成正比的负反馈电压U n ，与给定电压U n *相比较后，得到转速偏差电压，经过放大器A,产生电力电子变换器UPE 所需的控制电压U c ，用以控制电动机的转速。 PI 调节器作用是使系统无静差
电流截止负反馈的作用是在电动机发生超载或堵转的时候电流截止负反馈和给定信号相比较抵消。使电动机处于停止运行状态，以保护电机。
5 闭环直流调速系统稳态参数的计算
1）额定负载时的稳态速降应为: 7.68r/min
2）闭环系统应有的开环放大系数： 计算电动机的电动势系数：0.1329V.min/r
r V r V n R I U C N a N N e min/1329.0min/14605
.052220?=??-=-=
闭环系统额定速降为：391.27r/min
min /27.391min /1329
.0152r r C R I n e N op =?==
? 闭环系统的开环放大系数为：49.9
9.49168
.727
.3911=-≥
-??=
cl
op n n K
3）计算转速负反馈环节的反馈系数和参数 测速发电机的电动势：0.0611V.min/r
r V min/0611.01800r/min
110V
C etg ?==
转速反馈电压：16.05 V （α=α2C etg α
2取0.18）
转速反馈系数为：0.010998 V.min/r
4) 计算运算放大器的放大系数和参数
运算放大器放大系数K p 为: 12.27
运算放大器型号：R 0=40K Ω，R 1=490.8 K Ω 5)判断系统的稳定性计算： 电枢回路的总电感为17.70mH
m in
2
693
.0d I U L = V V U U l 8.1323
230
32
2===
系统中各环节的时间常数：
电磁时间常数T l :0.018S
机电时间常数T m :0.158S
s C C R
GD T m
e m 158.01329
.030
1329.03751
103752=????=
=π
晶闸管装置的滞后时间常数T s :0.00167S
63.10300167
.0017698.000167.0)00167.0017698.0(158.0)(2
2
=?+??=++s l s s l m T T T T T T K
计算出开环放大系数应满足的稳定条件为K ≤103.48，又因为
K=40.6，所以系统稳定。 6) PI 调节器设计 原始系统的开环传递函数
)
1)(1()(2+++=
s T s T T s T K
s W m l m s
原始闭环系统的开环传递函数
)
100167.0)(10203.0)(11377.0(50
)(+++=
s s s s W
参数计算
11126.71377.011-===
s s
T ω 12225.490203.011-===
s s
T ω 133********.011-===
s s
T ω W c2=119.82s -1 L 1=31.5dB K pi =0.3265 τ=0.4227
PI 调节器的传递函数为 W pi (s)= (0.13799s+1)／ 0.42s
6 仿真
1）单闭环直流系统的结构图
观看示波器的波形
2)加入PI调节器后仿真，经调整系数后仿真波形
3）加入电流截止负反馈后仿真波形
4）加入负载后
7 课程设计体会
本文主要对带电流截止负反馈转速单闭环直流电机的调速系统进行分析并在MATLAB/SIMULINK建立起仿真图并进行仿真。介绍了带电流截止负反馈转速负反馈的闭环直流调速系统的原理, 完成了转速闭环调速系统的优点并建立其原理框图和仿真图。将建立的仿真图在MATLAB软件里面仿真得出转速与电流的波形。对波形进行分析调节PI调节器的参数。本文具有很强的理论与实际意义。
通过本次设计，加强了我对SIMULINK应用知识的掌握，巩固了我的专业课知识，对理论知识有了进一步的理解，使自己受益匪浅。总之，通过本次设计不仅进一步强化了专业知识，还掌握了设计系统的方法、步骤等，为今后的工作和学习打下了坚实的基础。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
参考文献
[1] 王兆安，等.电.力电子技术[M].北京:机械工业出版社.2000.
[2] 张广溢，等.电机学[M]。重庆:重庆大学出版社.2002.
[3] 王军.自动控制原理[M]。重庆:重庆大学出版社.2008.
[4] 陈伯时.电力拖动自动控制系统(第2版)[M].北京:机械工业出版社.2005
[5] 陈伯时.电力拖动自动控制系统一一运动控制系统(第3版)机械工业出版社
[6] 周渊深.交直流调速系统与Flat 1 ab仿真[M].俨比京:中国电力出版
社.2004.
指导教师评语：
成绩：
指导教师签字：
年月日