拖动系统课程设计报告

拖动系统课程设计

报告书

题目：直流电机速度电流双闭环调速系统的设计与仿真 专业：自动化 姓名：顾镛

学号：2014330301135 指导教师：雷美珍郭亮

浙江理工大学拖动系统课程设计

浙江理工大学本科课程设计任务书

课题名称 直流电机速度电流双闭环调速系统的设计与仿真 某PWM斩波电路供电的双闭环直流调速系统，H桥斩波电路采用双极性PWM电路，基本数据如下： 直流电动机：电枢电为3.4，电感：0.0604，励磁电阻220，励磁电感为0，互感为0.797，转动惯量0.014，励磁电压110V，电枢电压140V； 电流反馈系数：0.08； 转速反馈系数：0.005。 一、该同学的主要任务 1、查找文献，了解直流电动机双闭环调速系统的的应用; 2、设计直流电动机双闭环调速系统，并设计出相应的电路原理图； 3、建立SIMULINK电气仿真模型； 4、设计PID算法，对转速、电流双闭环系统进行负载试验、抗干扰试验； 二、目标 1、建立直流电动机双闭环调速系统数学模型； 2、设计PID算法，调试参数，使电流超调量小于5%； 3、转速超调量小于10%。 4、要求最大启动电流不超过在10A。 本课题主要研究直流电动机的双闭环调速系统，该同学主要工作是双闭环调速系统设计与仿真试验分析。 主要任务与 目标 基本内容： 主要内容与基本要求 1、设计直流电动机双闭环调速系统总体方案； 2、电流调节器设计； 3、转速调节器设计； 4、分别对空载、负载、扰动工况进行仿真模拟； 基本数据要求： 1、 空载时，给定速度分别为2000r/min、1000r/min，记录此时的实际速度和实际电流波形； 2、 给定速度为500r/min，空载启动后，在1S时加载，负载转矩为1N.m，记录此时的实际速度和实际电流波形。 2

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主要参 考资料 计划进度： 一、主要参考文献 1、基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用；张培仁，清华大学出版社； 2、电气传动的脉宽调制控制技术，吴守，机械工业出版社； 3、电力电子技术，浣喜明，高等教育出版社； 4、电动机的单片机控制，王晓明，北京航空航天出版社； 5、电机与拖动基础，李发海，清华大学出版社 序号 内容 任务布置与介绍 系统总体方案设计 硬件系统建模 直流电机数学模型推导 PWM算法设计 电流调节器设计 速度调节器设计 仿真调试与试验 撰写课程设计报告 答辩 指导教师 签名 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 实习地点

年月日 3

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摘要

以控制系统的传递函数为基础，使用Matlab的Simulink工具箱对直流调速系统仿真研究。采用面向控制系统电气原理结构图的方法建立了系统模型，结合SimPowerSystems工具箱，对转速、电流双闭环调速系统进行了仿真。根据设计指标设计转速环和电流环，以及合理的PID算法，通过调节参数，对空载、负载、扰动工况下的结果波形进行对比分析。结果表明，双闭环系统具有较好的动态性能，对负载变化和电网电压的波动都能起抗扰作用，且能够在电动机过载时起到快速的自我保护作用。

关键词：双闭环；直流电机；Simulink

目录

1.直流电机速度电流双闭环调速系统的基本原理 5 2.直流电机速度电流双闭环调速系统的设计 .... 5

2.1系统总体方案设计 ............................... 5

2.2 硬件电路设计.. ...................................... 6

2.3电流调节器设计 ................................. 6 2.4转速调节器设计 ................................. 9

3.直流电机速度电流双闭环调速系统的仿真 ............... 10

3.1开环系统仿真实验 .............................. 10 3.2电流单闭环系统仿真实验 ........................ 14 3.3速度电流双闭环系统仿真实验 .................... 15

4.总结 ............................................................. 20 5.参考文献 ....................................................... 20

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正文

1.直流电机速度电流双闭环调速系统的基本原理

直流调速是交流拖动系统的基础，该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及速度检测环节、速度调节器，构成了电流环和速度环，前者通过电流原件的反馈作用稳定电流，候着通过速度检测原件的反馈作用保持速度稳定，最终小车速度偏差，从而使系统达到调节电流和速度的目的。该系统启动时，速度外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流保持最大值，使速度线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，速度负反馈外环起主要作用，使速度给定电压的变化而变化，电流内环跟随速度外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。

2.直流电机速度电流双闭环调速系统的设计

2.1 系统总体方案设计

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