控制系统课程设计任务书

课程设计任务书

学年第一学期

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作部门：

一、课程设计题目：直流调速系统设计及仿真和此处根据自己做的题写名称

二、设计目的：

《控制系统课程设计》是继“自动控制系统”课之后开设的实践性环节课程。由于它是一门理论深、综合性强的专业课，单是学习理论而不进行实践将不利于知识的接受及综合应用。本课程设计将起到从理论过渡到实践的桥梁作用,通过该环节训练达到下述教学目的：

1、通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。

2、通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，达到培养学生综合应用所学知识能力、培养学生实际查阅相关设计资料能力的目的、培养学生工程绘画和编写设计说明书的能力。

3、通过课程设计，提高学生理论联系实际，综合分析和解决实际工程问题的能力。通过它使学生理论联系实际，以实际系统作为实例，对系统进行分析设计，掌握控制系统设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范、设计步骤方法及系统调试步骤。通过设计培养学生严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风。培养学生的创新意识和创新精神，为今后走向工作岗位从事技术打下良好基础。

三、课程设计内容（含技术指标）

1．直流调速系统设计及仿真题目和设计要求：（直流调速系统选项一题）

(一)直流调速系统的设计选题1

(1)电机数如下表：

机架序号电动机

型号

P n（KW）U n（V）I n（A）n n（r/min）R a（Ω）GD a2（Nm2）Ｐ极对

数

１Z2-92 67 230 291 1450 0.2 68.60 1 ２Z2-91 48 230 209 1450 0.3 58.02 1 ３Z2-82 35 230 152 1450 0.4 31.36 1 ４Z2-81 26 230 113 1450 0.5 27.44 1

５ Z2-72 19 230 82.55 1450 0.7 11.76 1 ６ Z2-71 14 230 61 1450 0.8 9.8 1 ７ Z2-62 11 230 47.8 1450 0.9 6.39 1 ８ Z2-61 8.5 230 37 1450 1.0 5.49 1 ９ Z2-52 6 230 26.1 1450 1.1 3.92 1 10

Z2-51

4.2

230

18.25

1450

1.2

3.43

1

(2)技术数据

１．电枢回路总电阻取Ｒ＝２Ｒa ；总飞轮力矩：2

25.2a GD GD =。

２．其他参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。

３．要求：调速范围Ｄ＝10，静差率Ｓ≤５％：稳态无静差，电流超调量%5%≤i σ；启动到额定转速时的转速退饱和超调量%10≤n σ。

４．要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。 ５．要求触发脉冲有故障封锁能力。 ６．要求给拖动系统设置给定积分器。 (3)设计的内容 1.调速的方案选择

（１） 直流电动机的选择（根据上表按小组顺序选择电动机型号）

（２） 电动机供电方案的选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控整流器供

电方案）；

（３） 系统的结构选择（要求通过方案比较后，采用转速电流双闭环系统结构）； （４） 确定直流调速系统的总体结构框图。

2.主电路的计算（可参考“电力电子技术”中有关主电路技术的章节）

（１） 整流变压器计算，二次侧电压计算；一、二次侧电流的计算；容量的计算。 （２） 晶闸管元件的选择。晶闸管的额定电压、电流计算。

（３） 晶闸管保护环节的计算。a)交流侧过电压的保护；b)阻容保护、压敏电阻保护

计算；c)直流侧过电压保护；d)晶闸管及整流二极管两端的过电压保护；e)过电流保护。f)交流侧快速熔断器的选择,与元件全连的快速熔断器的选择,直流侧快速熔断器的选择。

（４） 平波电抗器计算。 ３.触发电路的选择与校验

触发电路种类多，可直接选用，电路中元器件参数可参照有关电路进行选用。 4.控制电路设计计算：

主要包括：给定电源和给定环节的设计计算、转速检测环节的设计与计算、调速系统的稳态参数计算、调速系统的稳态参数计算。

5.双闭环直流调速系统的动态设计：

主要设计转速调节器和电流调节器，可参阅双闭环调速系统调节器的工程设计法进行设计。

6. 对系统进行仿真校验并上交设设说明书。 (二) 直流调速系统的设计选题2

不可逆直流调速系统设计：设计数据：直流电机额定功率P N=10KW；额定电压UN=220V, 额定电流I N=55A,极对数2P=4,转速n N=1000r/min；电枢电感L D=7mH；电枢电阻Ra=0.5Ω ,励磁电压U L=220V, 励磁电流I L=1.6A；要求系统调速范围D=10,S≤ 5%，电流脉动系数Si≤10%。

设计要求:

1、调速方案选择及确定

2、主电路计算和元件选择

3、触发电路设计选择

4、控制回路设计元件选择和指标校验

5、辅助电路设计及选择

6、PCB板设计(选做)

7、调试方案制订

8、对系统进行仿真

9、上交设计说明书，原理图

（三）直流调速系统的设计选题3

某晶闸管供电的双闭环系统设计设计数据：直流电机额定功率P N=60KW；额定电压U N=220V, 额定电流I N=308A,转速n N=1000r/min；电势系数Ce=0.196V·min/r；主回路总电阻R=0.18Ω ,触发整流环节放大倍九Ks=35；电磁时间常数T l=0.012s,机电时间常数Tm=0.12s, 电流反馈滤波时间常数Toi=0.0025s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.015s。各调节器限幅为8V，励磁电压UL=110V, 励磁电流I L=0.8A；要求系统调速范围D=10,S≤ 10%，电流超调量σi%≤5%,转速超调量σn%≤12%.

设计要求:

1、调速方案选择及确定

2、电路计算和元件选择

3、触发电路设计选择

4、控制回路设计元件选择和指标校验

5、辅助电路设计及选择

6、PCB板设计(选做)

7、调试方案制订

8、对系统进行仿真

9、上交设计说明书，原理图及PCB板图

（四）直流调速系统的设计选题4

直流电动机：型号Z3-51

额定功率P N=5.5kW，额定电压U N=220v

额定电流I N=28.6A，额定转速n N=1500r/min,，J=0.021kg·m2

励磁方式：他励，励磁额定电流Iex=0.75A

要求：(1)静态指标：调速范围D=5，静态指标S<0.1%，

(2)动态指标：动态调整时间Δt≤2s，空载起动到额定转速时的转速超调б

n<=20%设计要求:

1、方案选择及确定

2、电路计算和元件选择

3、触发电路设计选择

4、控制回路设计元件选择和指标校验

5、辅助电路设计及选择

6、PCB板设计(选做)