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本科生毕业设计（论文）
论 文 题 目： 直流电机双闭环调速系统设计 姓 名： 徐震杰 学 院： 电气工程及自动化 专 业： 自动化 班 级 、 学 号： 10电51 10285038 指 导 教 师： 甘良志
江苏师范大学教务处印制
江苏师范大学本科生毕业设计 直流电机双闭环调速系统设计
摘 要
直流调速系统的控制一般都是由转速、电流反馈来完成的，它的静态性能和动态性能都是十分杰出的，正是由于它的这些优点使其使用范围也很广泛。其主要通过晶闸管可控整流电源来调节电源的大小。根据题目的设计要求，调速系统一共有两个控制器，它们分别是转速控制器（ASR）和电流控制器（ACR）。速度控制系统的电源电路的设计是使用三相全控桥整流电路实现的。在设计中，首先对总体规划的设计图进行了确定。之后又对主电路的结构形式以及各个元器件进行了确定和设计。与此同时，对包括晶闸管、电抗器等元件的参数进行了计算。在本文的最后一个部分，主要围绕本设计最重要的部分，直流调速系统的转速环和电流环进行设计。为了使速度和电流两个负反馈可以发挥一定的作用，因此，应该使其嵌套连接在速度和电流负反馈之间。单纯的从布局上来看的话，电流环在转速环的内部，因此电流环被叫做内环，相应的转速环就被称为外环。这样设计之后，以电流负反馈、转速负反馈为核心的调速系统就这样形成了。在对所有部分设计都完成了之后，采用MATLAB对整个系统进行仿真实验，并对数据进行分析，得出结论。
关键词：直流电动机 双闭环调速系统 转速负反馈 电流负反馈
I
江苏师范大学本科生毕业设计 直流电机双闭环调速系统设计
Abstract
The speed and current feedback control of dc speed control system has excellent static and dynamic performance and the most widely application scope. It through thyristor controlled rectifying power supply to adjust the size of the power supply mainly. According to the design requirements of the title, it uses ASR and ACR as the controller of speed control system in the control circuit. The power supply circuit of the speed control system of design uses the Sedan fully-controlled bridge rectifier circuit. Firstly, we need determine the overall plan and diagram of this design before the design. Secondly, we need identify and design the structure of main circuit and the various components. At the same time, including the parameters of thyristor, reactor, etc. Finally, focus on the design of the most important two parts which are speed loop and current loop dc speed control system in the design. In the system were introduced speed negative feedback and current feedback and the implementation of a nested connection can realize the speed and current two kind of negative feedback effect between the two respectively. On the layout of it simply, current loop is referred to as the inner ring, because it is in the inside. Speed ring is called the outer ring, because current loop is in the interior of the speed loop. Through this design, the core of the double closed loop speed regulation system: speed negative feedback and current feedback is formed. After all parts of the design is done, using MATLAB simulation to do the experiments to the whole system and analyze the data, we can safely draw the conclusion.
Keywords: DC motor; double closed loop; speed ring; current loop
II
江苏师范大学本科生毕业设计 直流电机双闭环调速系统设计
目 录
摘 要....................................................................................................... I Abstract .................................................................................................... II 1 概述....................................................................................................... 1
1.1 直流调速系统的概述................................................................................... 1
1.2 研究课题的目的和意义............................................................................... 1 1.3 国内外研究现状........................................................................................... 2 1.4 设计内容和要求........................................................................................... 2
1.4.1 设计要求 ........................................................................................... 2 1.4.2 设计内容 ........................................................................................... 2
2 双闭环直流调速系统设计框图 .......................................................... 3 3 双闭环直流调速系统的工作原理和数学模型 .................................. 4
3.1 双闭环直流调速系统的工作原理............................................................... 4
3.1.1 转速控制的要求和稳态调速性能指标 ........................................... 4 3.1.2 直流调速系统所要解决的两个基本问题 ....................................... 5 3.1.3 直流双闭环调速系统原理框图 ....................................................... 6 3.1.4 双闭环直流调速系统的动态过程分析 ........................................... 7 3.1.5 数学模型的参数的确定 ................................................................... 9
4 系统主电路的结构 ............................................................................ 11
4.1 主电路拓扑结构的确定............................................................................. 11
4.1.1 可控直流电源的选择 ..................................................................... 11 4.1.2 主电路原理图 ................................................................................. 12 4.2 在额定励磁下直流电动机的数学模型................................................. 12
5 主电路各器件的选择和参数计算 .................................................... 14
5.1 主电路保护电路的设计的必要性............................................................. 14
5.1.1 过电压保护设计 ............................................................................. 15 5.1.2 过电流保护设计 ............................................................................. 16 5.2 整流变压器和晶闸管的选择与计算......................................................... 16
5.2.1 整流变压器的计算 ......................................................................... 17 5.2.2 晶闸管参数的计算 ......................................................................... 17 5.2.3 平波电抗器参数的计算 ................................................................. 18
6 利用工程设计的方法设计电流、转速反馈控制调节器 ................ 19
6.1 主要设计内容............................................................................................. 19
6.2 工程设计的基本步骤................................................................................. 19 6.3 设计所需要的基本数据与设计指标......................................................... 20
III
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6.3.1 基本数据 ......................................................................................... 20 6.3.2 设计所要求的指标 ......................................................................... 21 6.4 用工程设计方法设计电流调节器............................................................. 22
6.4.1 电流调节器的设计及其动态结构框图的简化 ............................. 22 6.4.2 电流环时间常数的确定 ................................................................. 23 6.4.3 电流调节器的设计 ......................................................................... 23 6.4.4 电流环参数计算 ............................................................................. 24 6.4.5 校验近似条件 ................................................................................. 26 6.4.6 电流环的跟随性能指标 ................................................................. 26 6.5 用工程设计方法设计转速调节器............................................................. 27
6.5.1 电流环的等效传递函数 ................................................................. 27 6.5.2 转速调节器动态结构框图的简化 ................................................. 27 6.5.3 转速调节器的设计 ......................................................................... 28 6.5.4 转速调节器参数的计算 ................................................................. 30 6.5.5 转速环性能指标的检测 ................................................................. 32
7 双闭环直流调速系统的数字仿真 .................................................... 33
7.1 基于工程设计的方法的数字仿真............................................................. 33
7.2 结果分析..................................................................................................... 34
8 结 论 ................................................................................................ 37 致 谢 ....................................................................................................... 38 参考文献 .................................................................................................. 39
IV
