1、运动控制系统课程设计指导,湖南科技大学 吴新开 2011年12月,运动控制系统课程设计指导,设计目的 设计任务 设计参数 设计步骤 课程设计报告要求 时间安排 参考资料,一 设计目的,应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。,二 设计课题,1. 带电流截止负反馈的转速闭环
2、的数字式直流调速系统的仿真与设计 2. 带电流截止负反馈的转速闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 3. 转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计 4转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 5基于稳态模型的转差频率控制的交流调速系统的仿真与设计 6基于稳态模型的恒压频比控制的交流调速系统的仿真与设计 7基于交流电动机动态模型的直接转矩控制系统的仿真与设计 8基于交流电动机动态模型的直接矢量控制系统的仿真与设计 9基于交流电动机动态模型的间接矢量控制系统的仿真与设计 10串级调速系统的仿真与设计,设计参数 1.直流电动机控制系统设计参数,直流电动机(1)：输出功率为:7.5Kw
3、 电枢额定电压220V电枢额定电流 36A 额定励磁电流2A额定励磁电压110V 功率因数0.85电枢电阻0.2欧姆 电枢回路电感100mH电机机电时间常数2S 电枢允许过载系数1.5额定转速 1430rpm,直流电动机(2)：输出功率为:10Kw 电枢额定电压220V电枢额定电流 50A 额定励磁电流2A额定励磁电压110V 功率因数0.85电枢电阻0.15欧姆 电枢回路电感100mH电机机电时间常数2S 电枢允许过载系数1.5额定转速 970rpm,1.直流电动机控制系统设计参数,直流电动机(3)：输出功率为:5.5Kw 电枢额定电压220V电枢额定电流 30A 额定励磁电流1A额定励磁电
4、压110V 功率因数0.85电枢电阻0.2欧姆 电枢回路电感100mH电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数1.5额定转速 970rpm,直流电动机(4)：输出功率为:10Kw 电枢额定电压220V电枢额定电流55A 额定励磁电流1A额定励磁电压220V 功率因数0.85电枢电阻0.1欧姆 电枢回路电感100mH电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数1.5额定转速1430rpm,1.直流电动机控制系统设计参数,环境条件: 电网额定电压:380/220V; 电网电压波动:10%; 环境温度:-40+40摄氏度; 环境湿度:1090%.,控制系统性能指标: 电流超调量小于等于5%; 空载起动到额定
5、转速时的转速超调量小于等于30%; 调速范围D20; 静差率小于等于0.03.,2.交流电动机控制系统设计参数,交流电动机(1)额定输出功率7.5KW； 定子绕组额定线电压380V；定子绕组额定相电流12A; 定子绕组每相电阻0.5欧姆；定子绕组接线形式Y； 转子额定转速980rpm;转子形式:鼠笼式； 转子每相折算电阻:3欧姆；转子折算后额定电流30A； 额定功率因数：0.75；电机机电时间常数2S; 电枢允许过载系数1.5；,交流电动机(2)额定输出功率10KW； 定子绕组额定线电压380V；定子绕组额定相电流15A; 定子绕组每相电阻0.2欧姆；定子绕组接线形式Y； 转子额定转速980r
6、pm;转子形式:鼠笼式； 转子每相折算电阻:3欧姆；转子折算后额定电流30A； 额定功率因数：0.75；电机机电时间常数1S; 电枢允许过载系数1.5；,2.交流电动机控制系统设计参数,交流电动机(3)额定输出功率17KW； 定子绕组额定线电压380V；定子绕组额定相电流25A; 定子绕组每相电阻0.1欧姆；定子绕组接线形式Y； 转子额定转速1430rpm;转子形式:鼠笼式； 转子每相折算电阻:1欧姆；转子折算后额定电流50A； 额定功率因数：0.75；电机机电时间常数1S; 电枢允许过载系数1.5；,交流电动机(4)额定输出功率10KW； 定子绕组额定线电压380V；定子绕组额定相电流22A
7、; 定子绕组每相电阻0.1欧姆；定子绕组接线形式Y； 转子额定转速1430rpm;转子形式:鼠笼式； 转子每相折算电阻:1欧姆；转子折算后额定电流30A； 额定功率因数：0.75； 电机机电时间常数1S; 电枢允许过载系数1.5；,2.交流电动机控制系统设计参数,环境条件: 电网额定电压:380/220V; 电网电压波动10%; 环境温度:-40+40摄氏度; 环境相对湿度:1090%.,控制系统性能指标: 转差率：3%； 调速范围：D20； 电流超调量小于等于5%; 空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%; 稳速精度：0.03.,四 设计步骤,1. 选题 （1）每个班选题的具体要求是
8、： 按学号尾数选择相应的题目；按学号倒数第2位选择相应的电动机参数，即倒数第二位为0的选择电机（1），为1的选择电机（2），为2的选择电机（3），为3的选择电机（4）。个别同学确实需要调换题目的，必须申明原因，并经指导教师同意后，才能换题。 （2）课题一经选定，不准更改课题。,2 查阅参考资料,（1）应去图书馆借阅相关参考资料： （2）应去院资料室查阅相关杂志上的论文； （3）应上网查阅相关文献。 （4）参考文献主要包括：直流调速系统、交流调速系统、电力电子技术、电子技术、半导体功率器件等方面,3 确定技术要求,根据所选控制系统的技术参数进一步细化技术要求。首先确定控制系统方案，确定每一级的具
9、体技术指标（如放大倍数，输入输出电阻，电源电压等）。,4 静态设计,(1).确定控制系统采用的直流稳压电源电压(可选择). (2).确定整流装置的放大倍数.(需根据电枢电压与控制电压确定).并设计可控整流装置及触发电路. (3).确定电流反馈系数. (4).确定转速反馈系数. (5).根据调速范围与静差率要求确定静态速降及转速反馈环的反馈系数.,5 动态设计,1 电流环设计 确定时间常数; 选择电流调节器结构; 选择电流调节器参数; 校验近似条件; 计算电流调节器电阻和电容.,2 转速环设计 .确定时间常数; .选择转速调节器结构; .选择转速调节器参数; .校验近似条件; .计算转速调节器电
10、阻和电容; .校核转速超调量.,6 仿真研究,(1).建立控制系统的数学模型; (2).在MATLAB下仿真,检验转速超调量指标是否达到设计要求; (3).修改调节器参数,使之达到预期指标要求. (4).多方案比较时，要对每一系统模型进行仿真,7 完成控制系统原理图及印制板（PCB）图,PCB图应包括： 可控整流电源 触发器 控制系统电源 调节器 励磁电源等,五 课程设计报告要求,1. 课程设计报告应详细叙述控制系统各部件的方案选择.如选择什么样的调节器,为什么? 2. 课程设计报告应详细叙述控制系统的设计过程及参数选择的理由. 3. 设计报告应包括控制系统原理图一份(用A3图纸),并附系统工
11、作原理说明. 4. 设计报告应附仿真结果曲线图,并要有性能分析. 5. 设计报告应有自己的设计感想. 6. 设计报告除应交文字版外,还应递交电子版. 7. 设计报告必须在12月31日前交.,六 时间安排,学生日程及教师值班安排,学生上机安排,七 参考资料,1.电力拖动自动控制系统陈伯时.机械工业出版社. 2.电力拖动控制系统设计手册朱仁初.机械工业出版社. 3.电气传动自动化技术手册天津电气传动研究所.机械工业出版社. 4.毕业设计指导刘祖润.机械工业出版社. 5.电力电子变流技术黄俊.机械工业出版社. 6.电力拖动自动控制系统张明达.冶金工业出版社. 7.电力传动控制系统原理与应用冯信康.水利电力出版社. 8.电气传动控制系统的设计周德泽.机械工业出版社. 9.电工电子实践教程吴新开，人民邮电出版社 10.电气自动化杂志 11.电气传动自动化杂志 12. 电力电子技术杂志,
