直流调速系统设计及仿真和串级调速系统的建模与仿真

直流调速系统设计及仿真和串级调速系统的建模与仿真

电气与电子信息工程学院

《控制系统设计与仿真》

名称：直流调速系统设计及仿真和串级调速系统的建模与仿真

专业名称：电气工程及其自动化

班级： 2012电气工程及其自动化一班

学号： 201240220116

姓名：许鹏

指导教师：胡学芝、陈学珍

设计地点： K2-414、306

湖北理工学院控制系统设计与仿真课程报告

课程设计任务书

2015～2016学年第一学期

学生姓名：许鹏专业班级：2012级电气本科一班

指导教师：陈学珍、胡学芝工作部门：电气学院

一、课程设计题目：直流调速系统设计及仿真和串级调速系统的建模与仿真

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 （K W ） U n （V ） I n （A ） n n （r/min ） R a （Ω）

GD a

2（Nm 2）

Ｐ极对数 ４ Z2-81

26 230 113 1450 0.5 27.44 1

(2)技术数据

１．电枢回路总电阻取Ｒ＝２Ｒa ；总飞轮力矩：

225.2a

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

σ；启动到额定转速

%≤

i

时的转速退饱和超调量%

σ。

10

≤

n

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。（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20%

n

σ≤设计要求:

1、方案选择及确定

2、电路计算和元件选择