运动控制系统课程设计指导

《运动控制系统》课程设计指导2010级电气工程专业适用

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主要内容设计目的 设计课题 设计参数 设计步骤 课程设计报告要求 时间安排 参考资料

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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。

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二 设计课题

1. 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 2. 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 3. 转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计 4.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 5.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 6.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 7.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 8.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 9.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 10.串级调速系统的仿真与设计

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三 设计参数

1.直流电动机控制系统设计参数 2.交流电动机控制系统设计参数

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1.直流电动机控制系统设计参数输出功率为:7.5Kw 电枢额定电流 36A 额定励磁电压110V 电枢电阻0.2欧姆 电机机电时间常数2S 电枢允许过载系数1.5 额定转速 1430rpm 电枢额定电压220V 额定励磁电流2A 功率因数0.85 电枢回路电感100mH

直 流 电 动 机 (1)

直 流 电 动 机 (2)

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 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)

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 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)

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 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

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1.直流电动机控制系统设计参数环境条件 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.

电网额定电压:380/220V; 电网电压波动:10%; 环境温度:-40~+40摄氏度; 环境湿度:10~90%.

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2.交流电动机控制系统设计参数交流电动机(1) 交流电动机(2)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;

交流电动机(3)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;

交流电动机(4)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;

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;

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2.交流电动机控制系统设计参数环境条件 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.

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%.

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四选题

设计步骤

1. 2 3 4

查阅参考资料 确定技术要求 静态设计

5 67

动态设计 仿真研究完成控制系统原理图及印制板(PCB)

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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； 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。

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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

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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)。

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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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5

动态设计电流环设计 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.

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.

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6 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