双闭环直流调速系统-毕业设计论文.docx

毕业设计（论文）双闭环直流调速系统设计双闭环直流调速系统设计摘 要本文对微机控制的直流调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统的原理出发，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，用MATLAB进行系统仿真，实现了控制器参数整定。在此基础上以数字信号处理器(DSP)为控制器，通过对系统硬件和软件的设计实现了直流电动机双闭环调速系统的设计。结果表明，此调速系统具有较强的鲁棒性。关键词：微机控制，双闭环，直流调速，数字信号处理器The Design of the Double Closed LoopsDC Timing System ControllerAbstractIn this paper, DC timing system controlled by microcomputer had been researched deeply. Beginning with the theory of the DC timing system, the math model of the double closed loops DC timing system had been build up, the controller parameter had been adjusted after the system had been simulated with MATLAB, Based on the result of the simulation, digital signal processor (DSP) is taken as the controller, the design of the double closed loops timing system of the DC motor has been realized through the design of the systems hardware and software. The result shows that this timing system has strong robust.Keywords: microcomputer control, double closed loops, DC timing, DSP第一章 绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状和应用前景1.3 本研究课题的主要研究内容1.4 本章小结第二章 课程的设计和要求2.1主要技术指标（1）静态：无静差（2）动态：电流超调量5% 2.2设计要求（1）选择可控硅直流电动机调速系统的方案。（2）主回路参数计算选择。（3）控制系统设计2.3给定条件直流电机的参数：Zz=22, Ped=1.1kw, Ued=220V, Ied = 6.5A, ned =1500r.p.m Us = 220V励磁方式：他励直流测速发电机： Ped=22W, Ued=110V, Ied =220mA, ned =2000p.m 定额：连续。分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。确定调速系统主电路元部件及其参数。动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求 。第三章 系统的原理与方案选择3.1 双闭环直流调速系统电路原理 随着调速系统的不断发展和应用，传统的采用 PI 调节器的单闭环调速系统既能实现转速的无静差调节，又能较快的动态响应只能满足一般生产机械的调速要求。为了提高生产率，要求尽量缩短起动、制动、反转过渡过程的时间，最好的办法是在过渡过程中始终保持电流（即动态转矩）为允许的最大值，使系统尽最大可能加速起动，达到稳态转速后，又让电流立即降低，进入转矩与负载相平衡的稳态运行。要实现上述要求，其唯一的途径就是采用电流负反馈控制方法，即采用速度、电流双闭环的调速系统来实现。在电流控制回路中设置一个调节器，专门用于调节电流量，从而在调速系统中设置了转速和电流两个调节器，形成转速、电流双闭环调速控制。双闭环调速控制系统中采用了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实现串级连接。图11.1为转速、电流双闭环直流调速系统的原理图。图中两个调节器ASR和ACR分别为转速调节器和电流调节器，二者串级连接，即把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晶闸管整流器的触发装置。电流环在内，称之为内环；转速环在外，称之为外环。两个调节器输出都带有限幅，ASR的输出限幅什Uim决定了电流调节器ACR的给定电压最大值Uim，对就电机的最大电流；电流调节器ACR输出限幅电压Ucm限制了整流器输出最大电压值，限最小触发角。图1-1.1 双闭环直流调速系统电路原理图3.2双闭环直流调速系统动态数学模型双闭环直流调速系统动态结构图如图1-1.2所示。图中和分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI调节器，则有（1-1）（1-2）为了引出电流反馈，在电动机的动态框图中必须把电枢电流显露出来。图1-1.2 双闭环直流调速系统动态结构图3.3控制系统的选择 由于设计要求无静差调速，电流超调量5%，因此可以选择转速，电流双闭环控制直流调速系统。其中采用转速负反馈和PI调节器的直流反馈调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差，而速度反馈保证系统的较高动态性能，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等。其系统的组成框图如图22所示。 图22转速，电流双闭环直流调速系统框图第四章 调速系统的设计4.1 系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图31所示。起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈。稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用P I调节器，所以对于系统来说，PI调节器是系统核心，必须掌握其性能，其原理图如图3-2： 图3-2. PI调节器输入与输出的关系： PI调节器的工作过程：当输入电压突然加上时，电容C相当于短路，这时便是一个比例调节器。因此，输出量产生一个立即响应输出量的跳变，随着对电容的充电，输出电压逐渐升高，这时相当于一个积分环节。只要 ，U0将继续增长下去，直到时，才达到稳定状态。 这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图3-3。 图3-3 双闭环直流调速系统电路原理图 +-TG+-+-RP2U*nR0R0UcUiRiCi+-R0R0RnCnASRACRLMRP1UnU*iLM+MTAIdUdMTGUPE+-+-图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。同时图中表出，两个调节器的输出都是带限幅作用的。转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。4.2系统的动态数学模型双闭环调速系统的实际动态结构框图如图2所示，它包括了电流滤波，转速滤波和给定信号的滤波环节。其时间常数分别为Toi和Ton。 图34双闭环调速系统的动态结构图图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。4.3 本章小结第五章 双闭环直流调速系统的设计5.1主要装置的选用和参数的计算 5.1.1整流装置的参数可控硅整流装置选用三相桥式，整流变压器/Y联结, 二次线电压21=230V,内阻R=0.5 ,电压放大系数KS=40。直流电源给定值7.5V。5.1.2电流互感器的选取 考虑电机允许过载倍数为1.5倍，两个给定电压的最大值为7.5V，选电流互感器TA的电流反馈系数=7.5/1.5IN=0.769V/A。5.1.3转速反馈环节的反馈系数和参数 转速反馈系数包含测速发电机的电动势Cetg和其输出电位器RP2的分压系数2，即 2Cetg根据测速发电机的额定数据，有 Cetg=V min/r=0.055 V min/r试取20.085，如测速发电机与主电动机直接相连，则在电动机最高转速1500r/min时，转速反馈电压为 Un=2Cetg1500r/min0.0850.05515007.0125V稳态是Un很小，Un*只要略大与Un即可，现在直流稳压电源为7.5V，完全能够满足给定电压的需要，因此，取20.085是正确的。于是，转速反馈系数的计算结果是 2Cetg0.0850.0550.0047 V min/r5.1.4电位器RP2的选取 为了使测速发电机的电枢电压降对转速检测信号的线性度没有显著的影响，取测速发电机转速输出最高电压时，其电流约为额定值的20，则 RRP2=1875此时RP2消耗的功率为 WnCetg0.2Itg0.05515000.20.223.36W为了不致使电位器温度很高，实选电位器的瓦数应为所消耗功率一倍以上，故可将RP2选为10W,1.5K的可调电位器。5.1.5平波电抗器按工程计算公式选取平波电抗器，对于三相桥式整流电路其电感量计算公式为 L=0.693U2/Idmin取 Idmin=10Ied =0.16.5=0.065A U2= U2l/1.732= 230V/1.732=132.8V 0 则 L=0.693U2/Idmin =1415.85mH5.1.6直流电动机参数的计算 按经验公式估算直流电动机的内阻 =5.207 电枢回路的电阻 R=Ra+R=5.207+0.5=5.707 电磁时间常数Tl=L/R=141.585/5.707=0.0248S 电机参数的计算Ce=0.1241V min/r Cm=9.55Ce=1.1852 V min/r电机时间常数Tm=1.036S5.2电流调节器的设计5.2.1电流环结构图的简化首先在按动态性能设计电流环时，因其变化较慢，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即DE0。其次，如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s) /b ，最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为 Ti = Ts + Toi 简化的近似条件为电流环结构图最终简化成图 图41等效后的电流环结构框图5.2.2电流调节器结构的选择从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由图3-5可以看出，采用 I 型系统就够了。从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调（本系统要求5%），以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统。 图3-5表明，电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型 I 型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成式中 Ki 电流调节器的比例系数； ti 电流调节器的超前时间常数。为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择则电流环的动态结构图便成为图4-2所示的典型形式图42校正成典型I型系统的电流环其中， 上述结果是在一系列假定条件下得到的，假定条件归纳如下，用于校验。1）电力电子变换器纯滞后的近似处理2）忽略反电势变化对电流环的动态影响3）电流环小惯性群的近似处理5.2.3电流调节器的参数计算 按表1，三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s 电流滤波时间常数Toi。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本虑平波头，应有（12）Toi=3.3S, 因此取Toi0.002S。 电流环小时间常数之和T。按小时间常数近似处理，取Ti=Ts+Ti=0.0037S。 检查对电源电压的抗扰性能：=6.70，参照典型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。电流调节器超前的时间常数：i=Tl=0.0248S 电流开环增益：要求i5时，可按西门子型“最佳整定”的方法进行整定，则有KIT=0.5, 因此 KI=135/S于是ACR的比例系数为 KiKIiR/KS0.6211校验近似条件：电流环截止频率：ci= KI =135.1(1)晶闸管整流装置传递函数的近似条件：1/3Ts=1/3*0.0017=169.1s-1ci满足近似条件。(2)忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件： 18.7s-1ci满足近似条件。电流调节器如图4-3，按所用运算放大器取R040K,各电阻和电容的值为 Ri=KiR0=0.4653*40=18.612 K,取18 K Ci=1.67uF，取2.0uF Coi=0.2uF，取0.2 uF图4-3电流调节器按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为i=4.3%cn，满足简化条件。 （2）转速环小时间常数近似处理条件为 38.7S-1cn,满足近似条件。转速调节器如图4-6，计算电容和电阻：取R040K,则 Rn=KnR0=144.9405796，取6M Cn=n/Rn=0.0145uF,取0.01 uF Con=1uF, 取1 uF。图4-6 转速调节器5.4整机电路如图4-7图4-7整机电路图第六章 结束语本设计“双闭环直流调速系统的工程设计” ，对于给定的DJDK1型电力电子技术及电机控制实验装置，测定直流电动机的各项电气参数和时间常数，并应用经典控制理论的工程设计方法设计转速和电流双闭环直流调速系统，最后应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。对于给定直流拖动控制系统在经典控制理论工程计算的基础上，在完成参数测定后，应用双闭环直流调速系统工程设计方法设计了主电路、电流环和转速环，并应用MATLAB语言中的SIMULINK工具箱对系统进行了仿真，看到了理论设计与仿真结果的差异，通过对仿真结果的分析，进一步了解了工程设计方法中的近似环节给系统带来的影响，认识到了理论设计和工程计算的不同。仿真部分，运用了MATLAB语言，掌握了语言的基本操作，并着重学习了SIMULINK工具箱。运用SIMULINK工具箱对系统进行了仿真，得到了系统的动态响应曲线及其它各种线性分析曲线。纵观整个设计，经典部分是已学过的知识，通过毕业设计深入理解了工程设计方法，扩展了知识面，各门课程综合应用，收益颇多，使我对直流调速系统的控制有了更深的认识。但由于理论水平有限，仍有许多不足之处有待解决。致 谢首先要感谢我的指导老师齐伯文老师。在他的悉心指导下，我才得以顺利的完成本次毕业设计。他从最初就为我们制定了周密科学的工作任务安排，每次都很认真的查看我们的工作日志完成情况，对于我们的提问也总给予耐心的解答。这对于我的工作，既是鼓励，又是鞭策。 我还要感谢同组的 和 同学，跟他们一起讨论相关的课题，使我的思路得以极大的开阔，并能发现自己在某些内容上的欠缺。另外，我也深深的感受到了同学间的互相帮助和友谊。这也是我顺利完成毕业设计的一大动力。还有许多在论文完成过程中给予我帮助的人，在此不一一列举了，一并表示最衷心的感谢。参考文献1 王华强. 直流电机调速系统的工程设计方法的探讨. 荆门职业技术学院学报. 2002, 7(3): 32-392 胡贞, 魏丽娜, 宋正勋. 直流电动机双闭环调速系统仿真研究. 长春光学精密机械学院学报. 2000, 23(2): 37-393 陈伯时电力拖动自动控制系统第2版机械工业出版社，2001：48-54 242876 56-57 76-864 韩璐. 直流电动机双闭环调速系统及其SIMULINK的仿真. 船海工程. 2003, (2): 30-335 于桂珍. 调节器的工程设计方法. 长春光学精密机械学院学报. 2000, 23(2): 48-516 薛定宇反馈控制系统设计与分析MATLAB语言应用清华大学出版社，2000：2-344-47214-2217 张晓华控制系统数字仿真与CAD机械工业出版社，1999：43-72156-1608 William L.Brogan, Ph.D. Modern Control TheoryNewJersey：Prentice-Hall，Inc，1985附录1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制 104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究 项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！