电力拖动自动控制系统设计.pdf

电气工程及其自动化专业课程设计 150kW电力拖动自动控制系统设计 学生学号： 学生姓名： 知行合一 班 级： 123456班 指导教师： 王阳明 起止日期： 哈尔滨工程大学自动化学院 1 / 26 一、设计要求： ( 一) 基本要求 根据所要求指标自选直流调速控制系统进行设计。 1. 调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽地转速调速 范围（ D 10 ），系统在工作范围内能稳定工作。 2. 系统静特性良好，理论上实现无静差。 3. 动态性能指标：转速超调量小于 5%，电流超调量小于 5%，动态最大转速降 小于 10%。 4. 系统在 5%负载以上变化的运行范围内电流连续。 5. 调速系统中设置有过电压、过电流保护，并且能够实现制动运行。 6. 给定信号对应范围控制在 10V之间。 ( 二) 被控对象参数 所设计控制系统被控对象参数参考 MATLAB/Simulink提供直流电机所提供直流 电机的模型的参数。第 10 组所选择的直流电机序号 20 号。 参见下列各图。 2 / 26 ( 三) 硬件电路图设计要求 要求实现电流和转速值的显示，转速给定的设置（具有起动、停止、加速、减 速、突加给定、正反转切换功能） 基于 89c58 单片机 （双列直插40 针）设计一套微机数字监控系统硬件结构， 并采用 PROTUES进行单片机系统仿真校验，搭建相应的硬件电路并校验。 外围条件：电力拖动控制系统需要单片机控制系统提供转速给定模拟控制信号 ( 最大 转速对应电压信号为 5V 或 10V）； 单片机控制系统从电拖控制系统获得 5V（或者 10V）之间的转速和电流测量信号。 具体要求如下： 硬件结构中包括 89c58 单片机最小系统； 外加 AD转换（采用 TLC2543一片）和 DA转换( 采用 DAC0832一片) ；两组四位数码 管（采用 SM420564四位七段数码管）分别用于显示转速（ 4 位有效数字）和电流值 ( 负号和 3 位有效数字 ) ，可以辅助 led 灯显示正反转状态，则速度无需显示正负号； 设置对应按键（采用小 4 脚按键），实现起动、停止、加速、减速、突加给定（包 括突加给定设置）、正反转切换控制； 如果需要调理电路，可自行设计添加。 二、设计方案 根据设计要求以及电力拖动、电力电子等理论知识，采用双极式控制直流 PWM-M 可逆调速系统。此种系统模型是在普通直流 PWM-M主电路模型上增加了转速调节器 ASR和电流调节器 ACR，其中 ASR和 ACR都采用带输出限幅的 PI 调节器。因此此系 统综合了 PWM脉冲宽度调制和转速电流双闭环的优点，可以很好地满足设计要求： 3 / 26 1、通过调节 PWM输出电压占空比改变输出的平均电枢电压， 从而能进行平滑地速度 调节。采用全控型电力电子器件（ MOSFET），电流可以正反流动，因此输出转矩可 逆，可以实现调速系统的四象限运行。采用转速电流双闭环控制，保证了实时控制 和快速跟随（ ACR不要进入饱和状态），保证了具有比较宽的调速范围（ ASR），系 统在工作范围内能稳定工作。 2、双闭环调速系统的静特性在负载电流小于最大值时，转速负反馈起主要调节作 用，可以在理论上实现转速无静差。当负载电流达到最大值时，对应于转速调节器 ASR为饱和输出电压最大值，此时电流调节器 ACR起主要调节作用，系统表现为电 流无静差。，起到了过电流自动保护作用。 3、动态性能指标可以通过调整调节器参数达到要求。 4、系统