运动控制系统课程设计

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 级的具体技术指标（如放大倍数，输入输出 电阻，电源电压等）。
六
1.学生日程及教师值班安排 学生日程及教师值班安排
周次 星期 四 18 五 六 日 一 二 19 三 四 五 六 日 一 20 二 三 具体任务 布置任务、 布置任务、选题 查阅参考资料 确定参数、 确定参数、静态设计 主电路及驱动电路设计 控制系统动态设计 控制系统动态设计 仿真验证， 仿真验证，修改设计参数 仿真验证， 仿真验证，修改设计参数 画电路原理图 工艺设计 工艺设计 撰写课程设计报告 撰写课程设计报告 交设计报告及图纸
2 实验室场地安排
周次 星期 三 四 19 五 六 日 一 二 时段 上午 下午 上午 下午 上午 下午 上午 下午 上午 下午 上午 下午 上午 下午 电子电路设计室 001 002 003 004 001 002 003 004 001 002 003 004 001 002 模拟电路室 002、003 、 003、004 、 004、001 、 001、002 、 002、003 、 003、004 、 004、001 、 001、002 、 002、003 、 003、004 、 004、001 、 001、002 、 002、003 、 003、004 、
《运动控制系统》课程设计指导 运动控制系统》
湖南科技大学潇湘学院 吴新开 2012年1月
《运动控制系统》课程设计指导 运动控制系统》
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 MATLAB 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。
三 设计参数 1.直流电动机控制系统设计参数 直流电动机控制系统设计参数
直流电动机(1)： 直流电动机 ： 输出功率为:7.5Kw 电枢额定电压220V 电枢额定电流 36A 额定励磁电流2A 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)： 直流电动机 ： 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 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
直流电动机(3)： 直流电动机 ： 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 1A 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1S 电枢允许过载系数1.5 额定转速 970rpm
直流电动机(4)： 直流电动机 ： 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 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
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.
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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 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
四
设计步骤
1. 选题 （1）每个班选题的具体要求是： ①按学号尾数选择相应的题目,11-13题可根据 本人基础与兴趣自选； ②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）。 ③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。
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1月10日前交.
2.交流电动机控制系统设计参数 交流电动机控制系统设计参数
交流电动机(1) 交流电动机 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) 交流电动机 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1S; 电枢允许过载系数1.5；
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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 《电力拖动自动控制系统》陈伯时 机械工业出版社. 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 《电力拖动控制系统设计手册》朱仁初 机械工业出版社. 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 《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. 机械工业出版社 4.《毕业设计指导》刘祖润.机械工业出版社 《毕业设计指导》刘祖润 机械工业出版社. 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 《电ຫໍສະໝຸດ Baidu电子变流技术》黄俊 机械工业出版社. 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 《电力拖动自动控制系统》张明达 冶金工业出版社. 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 《电力传动控制系统原理与应用》冯信康 水利电力出版社. 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 《电气传动控制系统的设计》周德泽 机械工业出版社. 机械工业出版社 9.《控制系统课程设计》吴新开，中南大学出版社 《控制系统课程设计》吴新开， 10.《电气自动化》杂志 《电气自动化》 11.《电气传动自动化》杂志 《电气传动自动化》 12. 《电力电子技术》杂志 电力电子技术》
交流电动机(4) 交流电动机 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; 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；
环境条件: 环境条件 电网额定电:380/220V; 电网电压波动:10%; 环境温度:-40~+40摄氏 度; 环境湿度:10~90%.
控制系统性能指标: 控制系统性能指标 电流超调量小于等于 5%; 空载起动到额定转速时 的转速超调量小于等于 30%; 调速范围D＝20; 静差率小于等于0.03.
二
设计课题
1. 带电流截止负反馈的转速闭环直流控制系统仿真与设计（挖土机控制 系统） 2. 带电流截止负反馈的转速闭环可逆直流调速系统的仿真与设计 3. 带电流截止负反馈的转速闭环的数字式直流调速系统的仿真与设计 4. 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 5. 转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计 6. 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 7. 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 8. 基于稳态模型的数字式转差频率控制的交流调速系统的仿真与设计 9. 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 10.基于稳态模型的数字式恒压频比控制的交流调速系统的仿真与设计 11. 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 12. 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 13. 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
动态设计
5.2 转速环设计 ①.确定时间常数; ②.选择转速调节器结 构; ③.选择转速调节器参 . 数; ④.校验近似条件; ⑤.计算转速调节器电 阻和电容; ⑥.校核转速超调量
5.1 电流环设计 ①确定时间常数; ②选择电流调节器结构; ③选择电流调节器参数; ; ④校验近似条件; ⑤计算电流调节器电阻 和电容.
环境条件: 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:10~90%.
控制系统性能指标: 控制系统性能指标 转差率：3%； 调速范围：D＝20； 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.
交流电动机(3) 交流电动机 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；
时间安排
地点 信息楼一合班 指导老师 吴新开 朱红萍、 朱红萍、谭 文 宿舍
吴新开、 吴新开、李 燕 朱红萍、 朱红萍、谭 文 吴新开、 吴新开、李 燕 四教楼模拟电路室、 四教楼模拟电路室、 电子电路设计室 朱红萍、 朱红萍、谭 文 吴新开、 吴新开、李 燕 朱红萍、 朱红萍、谭 文 朱红萍、 朱红萍、谭 文 信息楼407室 信息楼 室 吴新开、 吴新开、李 燕