双闭环直流调速系统_毕业设计论文.docx

1、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, D

2、C 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 o

3、n 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.Keyword

4、s: 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

5、= 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

6、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

7、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AS

8、R()WsCR()s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）nASR1()sWK（1-2）iACR1()sWK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。dI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

9、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PI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

10、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*n R0R0 UcUiRi Ci+ +-R0R0Rn CnASR ACRLMRP1Un U*iLM +MTAIdUd MTGUPE+- +-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。