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1、运动控制系统运动控制系统课程设计指导课程设计指导湖南科技大学湖南科技大学吴新开吴新开20112011年年1212月月运动控制系统运动控制系统课程设计指导课程设计指导vv设计目的设计目的vv设计任务设计任务vv设计参数设计参数vv设计步骤设计步骤vv课程设计报告要求课程设计报告要求vv时间安排时间安排vv参考资料参考资料一一设计目的设计目的v应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，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。控制系统的初步设计。v应用计算
2、机仿真技术，通过在应用计算机仿真技术，通过在MATLABMATLAB软件上建立运动控制系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。数对系统性能的影响。v在原理设计与仿真研究的基础上，应用在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTELPROTEL进行控制系统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。的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。二设计课题二设计课题1.1.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带电流截止负反馈的转速闭环的数字式直流调速系统
3、的仿真与设计与设计2.2.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仿真与设计3.3.转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计4 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 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 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 7基于交流电动机动态模型的直
4、接转矩控制系统的仿真与设计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 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 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1010串级调速系统的仿真与设计串级调速系统的仿真与设计三三设计参数设计参数1.1.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v直流电动机直流电动机(1)：输出功率为输出功率为:7.5Kw :7.5Kw 电枢额定电压电枢额定电压220V220V 电枢额定电流电枢额定电流 36A 36A 额定
5、励磁电流额定励磁电流2A2A 额定励磁电压额定励磁电压110V 110V 功率因数功率因数0.850.85 电枢电阻电枢电阻0.20.2欧姆欧姆 电枢回路电感电枢回路电感100mH100mH 电机机电时间常数电机机电时间常数2S 2S 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.51.5 额定转速额定转速 1430rpm1430rpmv直流电动机直流电动机(2)：输出功率为输出功率为:10Kw :10Kw 电枢额定电压电枢额定电压220V220V 电枢额定电流电枢额定电流 50A 50A 额定励磁电流额定励磁电流2A2A 额定励磁电压额定励磁电压110V 110V 功率因数功率因数0.850.85 电
6、枢电阻电枢电阻0.150.15欧姆欧姆 电枢回路电感电枢回路电感100mH100mH 电机机电时间常数电机机电时间常数2S 2S 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.51.5 额定转速额定转速 970rpm970rpm1.1.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v直流电动机直流电动机(3)：输出功率为输出功率为:5.5Kw :5.5Kw 电枢额定电压电枢额定电压220V220V 电枢额定电流电枢额定电流 30A 30A 额定励磁电流额定励磁电流1A1A 额定励磁电压额定励磁电压110V 110V 功率因数功率因数0.850.85 电枢电阻电枢电阻0.20.2欧姆欧姆 电枢回路电
7、感电枢回路电感100mH100mH 电机机电时间常数电机机电时间常数1S 1S 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.51.5 额定转速额定转速 970rpm970rpmv直流电动机直流电动机(4)：输出功率为输出功率为:10Kw :10Kw 电枢额定电压电枢额定电压220V220V 电枢额定电流电枢额定电流55A 55A 额定励磁电流额定励磁电流1A1A 额定励磁电压额定励磁电压220V 220V 功率因数功率因数0.850.85 电枢电阻电枢电阻0.10.1欧姆欧姆 电枢回路电感电枢回路电感100mH100mH 电机机电时间常数电机机电时间常数1S 1S 电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.
8、51.5 额定转速额定转速1430rpm1430rpm1.1.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v环境条件环境条件:电网额定电压电网额定电压:380/220V;:380/220V;电网电压波动电网电压波动:10%;:10%;环境温度环境温度:-40+40:-40+40摄氏度摄氏度;环境湿度环境湿度:1090%.:1090%.v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电流超调量小于等于5%;5%;空载起动到额定转速时的空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于转速超调量小于等于30%;30%;调速范围调速范围D D20;20;静差率小于等于静差率小于等于0.03.0.
9、03.2.2.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v交流电动机交流电动机(1)额定输出功率额定输出功率7.5KW7.5KW；定子绕组额定线电压定子绕组额定线电压380V380V；定子绕组额定相电流定子绕组额定相电流12A;12A;定子绕组每相电阻定子绕组每相电阻0.50.5欧姆；欧姆；定子绕组接线形式定子绕组接线形式Y Y；转子额定转速转子额定转速980rpm;980rpm;转子形式转子形式:鼠笼式；鼠笼式；转子每相折算电阻转子每相折算电阻:3:3欧姆；欧姆；转子折算后额定电流转子折算后额定电流30A30A；额定功率因数：额定功率因数：0.750.75；电机机电时间常数电机机电
10、时间常数2S;2S;电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.51.5；v交流电动机交流电动机(2)额定输出功率额定输出功率10KW10KW；定子绕组额定线电压定子绕组额定线电压380V380V；定子绕组额定相电流定子绕组额定相电流15A;15A;定子绕组每相电阻定子绕组每相电阻0.20.2欧姆；欧姆；定子绕组接线形式定子绕组接线形式Y Y；转子额定转速转子额定转速980rpm;980rpm;转子形式转子形式:鼠笼式；鼠笼式；转子每相折算电阻转子每相折算电阻:3:3欧姆；欧姆；转子折算后额定电流转子折算后额定电流30A30A；额定功率因数：额定功率因数：0.750.75；电机机电时间常数电机机电时间
11、常数1S;1S;电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.51.5；2.2.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v交流电动机交流电动机(3)额定输出功率额定输出功率17KW17KW；定子绕组额定线电压定子绕组额定线电压380V380V；定子绕组额定相电流定子绕组额定相电流25A;25A;定子绕组每相电阻定子绕组每相电阻0.10.1欧姆；欧姆；定子绕组接线形式定子绕组接线形式Y Y；转子额定转速转子额定转速1430rpm;1430rpm;转子形式转子形式:鼠笼式；鼠笼式；转子每相折算电阻转子每相折算电阻:1:1欧姆；欧姆；转子折算后额定电流转子折算后额定电流50A50A；额定功率因数：
12、额定功率因数：0.750.75；电机机电时间常数电机机电时间常数1S;1S;电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.51.5；v交流电动机交流电动机(4)额定输出功率额定输出功率10KW10KW；定子绕组额定线电压定子绕组额定线电压380V380V；定子绕组额定相电流定子绕组额定相电流22A;22A;定子绕组每相电阻定子绕组每相电阻0.10.1欧姆；欧姆；定子绕组接线形式定子绕组接线形式Y Y；转子额定转速转子额定转速1430rpm;1430rpm;转子形式转子形式:鼠笼式；鼠笼式；转子每相折算电阻转子每相折算电阻:1:1欧姆；欧姆；转子折算后额定电流转子折算后额定电流30A30A；额定功率因数：
13、额定功率因数：0.750.75；v电机机电时间常数电机机电时间常数1S;1S;电枢允许过载系数电枢允许过载系数1.51.5；2.2.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v环境条件环境条件:电网额定电压电网额定电压:380/220V;:380/220V;电网电压波动电网电压波动10%;10%;环境温度环境温度:-40+40:-40+40摄氏度摄氏度;环境相对湿度环境相对湿度:1090%.:1090%.v控制系统性能指标控制系统性能指标:转差率：转差率：3%3%；调速范围：调速范围：D D2020；电流超调量小于等于电流超调量小于等于5%;5%;空载起动到额定转速时的空载起动到额定
14、转速时的转速超调量小于等于转速超调量小于等于30%;30%;稳速精度：稳速精度：0.03.0.03.四四设计步骤设计步骤v1.选题选题（1 1）每个班选题的具体要求是：）每个班选题的具体要求是：按学号尾数选择相应的题目；按学号尾数选择相应的题目；按学号倒数第按学号倒数第2 2位选择相应的电动机参数，即位选择相应的电动机参数，即倒数第二位为倒数第二位为0 0的选择电机（的选择电机（1 1），为），为1 1的选择电机的选择电机（2 2），为），为2 2的选择电机（的选择电机（3 3），为），为3 3的选择电机（的选择电机（4 4）。）。个别同学确实需要调换题目的，必须申明原因，个别同学确实需要调换
15、题目的，必须申明原因，并经指导教师同意后，才能换题。并经指导教师同意后，才能换题。（2 2）课题一经选定，不准更改课题。）课题一经选定，不准更改课题。2查阅参考资料查阅参考资料（1）应去图书馆借阅相关参考资料：）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；）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。）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）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、半导调速系统、电力电子技术、电子技术、半导体功率器件等方面体功率器件等方面3确定技术要求确定技术要求 v根据所选控制系统的
16、技术参数进一步细化技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，输入输出级的具体技术指标（如放大倍数，输入输出电阻，电源电压等）。电阻，电源电压等）。4静态设计静态设计(1).确定控制系统采用的直流稳压电源电压确定控制系统采用的直流稳压电源电压(可选择可选择).(2).确定整流装置的放大倍数确定整流装置的放大倍数.(需根据电枢电压与控制需根据电枢电压与控制电压确定电压确定).并设计可控整流装置及触发电路并设计可控整流装置及触发电路.(3).确定电流反馈系数确定电流反馈系数.(4).确定转速反馈系
17、数确定转速反馈系数.(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馈环的反馈系数.5动态设计动态设计1电流环设计电流环设计确定时间常数确定时间常数;选择电流调节器结构选择电流调节器结构;选择电流调节器参数选择电流调节器参数;校验近似条件校验近似条件;计算电流调节器电阻和计算电流调节器电阻和电容电容.2转速环设计转速环设计.确定时间常数确定时间常数;.选择转速调节器结构选择转速调节器结构;.选择转速调节器参数选择转速调节器参数;.校验近似条件校验近似条件;.计算转速调节器电阻计算转速调节器电阻和电容和电容;.校核转速超调量校核转速超
18、调量.6仿真研究仿真研究(1).建立控制系统的数学模型建立控制系统的数学模型;(2).在在MATLAB下仿真下仿真,检验转速超调量指标是检验转速超调量指标是否达到设计要求否达到设计要求;(3).修改调节器参数修改调节器参数,使之达到预期指标要求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）图PCB图应包括：图应包括：v可控整流电源可控整流电源v触发器触发器v控制系统电源控制系统电源v调节器调节器v励磁电源等励磁电源等五课程设计报告要求五课程设计报告要求1.1.课程设计
19、报告应详细叙述控制系统各部件的方案课程设计报告应详细叙述控制系统各部件的方案选择选择.如选择什么样的调节器如选择什么样的调节器,为什么为什么?2.2.课程设计报告应详细叙述控制系统的设计过程及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参数选择的理由.3.3.设计报告应包括控制系统原理图一份设计报告应包括控制系统原理图一份(用用A3A3图纸图纸),),并附系统工作原理说明并附系统工作原理说明.4.4.设计报告应附仿真结果曲线图设计报告应附仿真结果曲线图,并要有性能分析并要有性能分析.5.5.设计报告应有自己的设计感想设计报告应有自己的设计感想.6.6.设计报告除应交文字版外设计报告
20、除应交文字版外,还应递交电子版还应递交电子版.7.7.设计报告必须在设计报告必须在1212月月3131日前交日前交.六时间安排六时间安排学生日程及教师值班安排学生日程及教师值班安排学生日程及教师值班安排学生日程及教师值班安排周次周次星期星期任任务务地点地点指指导导教教师师17周周一一布置任布置任务务、选题选题信息楼二合班信息楼二合班吴新开吴新开二二查阅资查阅资料、确定参数料、确定参数数字电路室数字电路室朱朱红红萍萍三三确定参数、静确定参数、静态设计态设计数字数字电电路室路室李燕李燕四四主主电电路及触路及触发驱动电发驱动电路路设计设计数字数字电电路室路室吴新开吴新开五五调节调节器器设计设计、仿真
21、研究、仿真研究数字数字电电路室路室朱朱红红萍萍18周周一一调节调节器器设计设计、仿真研究、仿真研究数字数字电电路室路室李燕李燕二二工工艺设计艺设计数字数字电电路室路室吴新开吴新开三三工工艺设计艺设计数字数字电电路室路室朱朱红红萍萍四四撰写撰写课课程程设计报设计报告告数字数字电电路室路室李燕李燕五五撰写撰写课课程程设计报设计报告告数字数字电电路室路室朱朱红红萍萍六六交交设计报设计报告及告及图纸图纸信息楼信息楼407室室吴新开吴新开学生上机安排学生上机安排星期星期上午上午下午下午一一1、2（1、3）1、3（2、3）二二2、3（1、2）1、2（1、3）三三1、3（2、3）2、3（1、2）四四1、2（
22、1、3）1、3（2、3）五五2、31、2七参考资料七参考资料1.1.电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统陈伯时陈伯时.机械工业出版社机械工业出版社.2.2.电力拖动控制系统设计手册电力拖动控制系统设计手册朱仁初朱仁初.机械工业出版社机械工业出版社.3.3.电气传动自动化技术手册电气传动自动化技术手册天津电气传动研究所天津电气传动研究所.机械工业出版社机械工业出版社.4.4.毕业设计指导毕业设计指导刘祖润刘祖润.机械工业出版社机械工业出版社.5.5.电力电子变流技术电力电子变流技术黄俊黄俊.机械工业出版社机械工业出版社.6.6.电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统张明达张明达.冶金工业出版社冶金工业出版社.7.7.电力传动控制系统原理与应用电力传动控制系统原理与应用冯信康冯信康.水利电力出版社水利电力出版社.8.8.电气传动控制系统的设计电气传动控制系统的设计周德泽周德泽.机械工业出版社机械工业出版社.9.9.电工电子实践教程电工电子实践教程吴新开，人民邮电出版社吴新开，人民邮电出版社10.10.电气自动化电气自动化杂志杂志11.11.电气传动自动化电气传动自动化杂志杂志12.12.电力电子技术电力电子技术杂志杂志