《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計指導--課件資料

1、運動控制系統(tǒng) 課程設(shè)計指導Chansha University Of Science & Technology運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計指導Chansha University Of Science & Technology一、設(shè)計目的 1、應(yīng)用所學的交、直流調(diào)速系統(tǒng)的基本知、應(yīng)用所學的交、直流調(diào)速系統(tǒng)的基本知識與工程設(shè)計方法，結(jié)合生產(chǎn)實際，確定系統(tǒng)的識與工程設(shè)計方法，結(jié)合生產(chǎn)實際，確定系統(tǒng)的性能指標與實現(xiàn)方案，進行運動控制系統(tǒng)的初步性能指標與實現(xiàn)方案，進行運動控制系統(tǒng)的初步設(shè)計。設(shè)計。 2、應(yīng)用計算機仿真技術(shù)，通過在、應(yīng)用計算機仿真技術(shù)，通過在MATLAB軟件上建立運動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，對控制系

2、軟件上建立運動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，對控制系統(tǒng)進行性能仿真研究，掌握系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能統(tǒng)進行性能仿真研究，掌握系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。的影響。 3、在原理設(shè)計與仿真研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用、在原理設(shè)計與仿真研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用PROTEL進行控制系統(tǒng)的電路設(shè)計，為畢業(yè)設(shè)計進行控制系統(tǒng)的電路設(shè)計，為畢業(yè)設(shè)計的綜合運用奠定堅實的基礎(chǔ)。的綜合運用奠定堅實的基礎(chǔ)。Chansha University Of Science & Technology二、設(shè)計課題1、帶電路截止負反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系、帶電路截止負反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系 統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)設(shè)計2、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計、轉(zhuǎn)速、電流雙閉

3、環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計3、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)可逆直流、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計4、邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計、邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計5、轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計、轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計6、異步電動機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)設(shè)計、異步電動機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)設(shè)計7、異步電動機按定子磁鏈定向的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)設(shè)、異步電動機按定子磁鏈定向的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)設(shè) 計計Chansha University Of Science & Technology1、直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)直流電動機直流電動機(一一)：（

4、1）輸出功率為）輸出功率為:7.5Kw 電樞額定電壓電樞額定電壓220V（2）電樞額定電流）電樞額定電流 36A 額定勵磁電流額定勵磁電流2A（3）額定勵磁電壓）額定勵磁電壓110V 功率因數(shù)功率因數(shù)0.85（4）電樞電阻）電樞電阻0.2歐姆歐姆 電樞回路電感電樞回路電感100mH（5）電機機電時間常數(shù)）電機機電時間常數(shù)2S 電樞允許過載系數(shù)電樞允許過載系數(shù)1.5（6）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速 1430rpm直流電動機直流電動機(二二)：（1）輸出功率為）輸出功率為:10Kw 電樞額定電壓電樞額定電壓220V（2）電樞額定電流）電樞額定電流 50A 額定勵磁電流額定勵磁電流2A（3）額定勵磁電壓）額

5、定勵磁電壓110V 功率因數(shù)功率因數(shù)0.85（4）電樞電阻）電樞電阻0.15歐姆歐姆 電樞回路電感電樞回路電感100mH（5）電機機電時間常數(shù)）電機機電時間常數(shù)2S 電樞允許過載系數(shù)電樞允許過載系數(shù)1.5（6）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速 970rpm 三、設(shè)計參數(shù)Chansha University Of Science & Technology直流電動機直流電動機(三三)：（1）輸出功率為）輸出功率為:5.5Kw 電樞額定電壓電樞額定電壓220V（2）電樞額定電流）電樞額定電流 30A 額定勵磁電流額定勵磁電流1A（3）額定勵磁電壓）額定勵磁電壓110V 功率因數(shù)功率因數(shù)0.85（4）電樞電阻）電樞

6、電阻0.2歐姆歐姆 電樞回路電感電樞回路電感100mH（5）電機機電時間常數(shù)）電機機電時間常數(shù)1S 電樞允許過載系數(shù)電樞允許過載系數(shù)1.5（6）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速 970rpm直流電動機直流電動機(四四)：（1）輸出功率為）輸出功率為:10Kw 電樞額定電壓電樞額定電壓220V（2）電樞額定電流）電樞額定電流55A 額定勵磁電流額定勵磁電流1A（3）額定勵磁電壓）額定勵磁電壓220V 功率因數(shù)功率因數(shù)0.85（4）電樞電阻）電樞電阻0.1歐姆歐姆 電樞回路電感電樞回路電感100mH（5）電機機電時間常數(shù)）電機機電時間常數(shù)1S 電樞允許過載系數(shù)電樞允許過載系數(shù)1.5（6）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速143

7、0rpmChansha University Of Science & Technology環(huán)境條件環(huán)境條件:（1）電網(wǎng)額定電壓）電網(wǎng)額定電壓: 380/220V; （2）電網(wǎng)電壓波動）電網(wǎng)電壓波動: 10%;（3）環(huán)境溫度）環(huán)境溫度: -40+40攝氏度攝氏度; （4）環(huán)境濕度）環(huán)境濕度: 1090%. 控制系統(tǒng)性能指標控制系統(tǒng)性能指標:（1）電流超調(diào)量小于等于）電流超調(diào)量小于等于5%; （2）空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于）空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于 等于等于30%;（3）調(diào)速范圍：）調(diào)速范圍：D20;（4）靜差率小于等于）靜差率小于等于0.03 。Chansha Univ

8、ersity Of Science & Technology2、交流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)交流電動機交流電動機(一一)（1）額定輸出功率）額定輸出功率7.5KW； 定子繞組額定線電壓定子繞組額定線電壓380V；（2）定子繞組額定相電流）定子繞組額定相電流12A; 定子繞組每相電阻定子繞組每相電阻0.5歐姆；歐姆；（3）定子繞組接線形式）定子繞組接線形式Y(jié)； 轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速980rpm;（4）轉(zhuǎn)子形式）轉(zhuǎn)子形式:鼠籠式；鼠籠式； 轉(zhuǎn)子每相折算電阻轉(zhuǎn)子每相折算電阻:3歐姆；歐姆；（5）轉(zhuǎn)子折算后額定電流）轉(zhuǎn)子折算后額定電流30A； 額定功率因數(shù)：額定功率因數(shù)：0.75；（6）電機機電時間

9、常數(shù)）電機機電時間常數(shù)2S; 電樞允許過載系數(shù)電樞允許過載系數(shù)1.5； 交流電動機交流電動機(二二)（1）額定輸出功率）額定輸出功率10KW； 定子繞組額定線電壓定子繞組額定線電壓380V；（2）定子繞組額定相電流）定子繞組額定相電流15A; 定子繞組每相電阻定子繞組每相電阻0.2歐姆；歐姆；（3）定子繞組接線形式）定子繞組接線形式Y(jié)； 轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速980rpm;（4）轉(zhuǎn)子形式）轉(zhuǎn)子形式:鼠籠式；鼠籠式； 轉(zhuǎn)子每相折算電阻轉(zhuǎn)子每相折算電阻:3歐姆；歐姆；（5）轉(zhuǎn)子折算后額定電流）轉(zhuǎn)子折算后額定電流30A； 額定功率因數(shù)：額定功率因數(shù)：0.75；（6）電機機電時間常數(shù)）電機機電時間常

10、數(shù)1S; 電樞允許過載系數(shù)電樞允許過載系數(shù)1.5；Chansha University Of Science & Technology交流電動機交流電動機(三三)（1）額定輸出功率）額定輸出功率17KW； 定子繞組額定線電壓定子繞組額定線電壓380V；（2）定子繞組額定相電流）定子繞組額定相電流25A; 定子繞組每相電阻定子繞組每相電阻0.1歐姆；歐姆；（3）定子繞組接線形式）定子繞組接線形式Y(jié)； 轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速1430rpm;（4）轉(zhuǎn)子形式）轉(zhuǎn)子形式:鼠籠式；鼠籠式； 轉(zhuǎn)子每相折算電阻轉(zhuǎn)子每相折算電阻:1歐姆；歐姆；（5）轉(zhuǎn)子折算后額定電流）轉(zhuǎn)子折算后額定電流50A； 額定功率因數(shù)

11、：額定功率因數(shù)：0.75；（6）電機機電時間常數(shù)）電機機電時間常數(shù)1S; 電樞允許過載系數(shù)電樞允許過載系數(shù)1.5；交流電動機交流電動機(四四)（1）額定輸出功率）額定輸出功率10KW； 定子繞組額定線電壓定子繞組額定線電壓380V；（2）定子繞組額定相電流）定子繞組額定相電流22A; 定子繞組每相電阻定子繞組每相電阻0.1歐姆；歐姆；（3）定子繞組接線形式）定子繞組接線形式Y(jié)； 轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速1430rpm;（4）轉(zhuǎn)子形式）轉(zhuǎn)子形式:鼠籠式；鼠籠式； 轉(zhuǎn)子每相折算電阻轉(zhuǎn)子每相折算電阻:1歐姆；歐姆；（5）轉(zhuǎn)子折算后額定電流）轉(zhuǎn)子折算后額定電流30A； 額定功率因數(shù)：額定功率因數(shù)：0.

12、75；（6）電機機電時間常數(shù)）電機機電時間常數(shù)1S; 電樞允許過載系數(shù)電樞允許過載系數(shù)1.5；Chansha University Of Science & Technology環(huán)境條件環(huán)境條件:（1）電網(wǎng)額定電壓：）電網(wǎng)額定電壓：380/220V; （2）電網(wǎng)電壓波動：）電網(wǎng)電壓波動：10%;（3）環(huán)境溫度：）環(huán)境溫度：-40+40攝氏度攝氏度;（4）環(huán)境相對濕度：）環(huán)境相對濕度：1090%. 控制系統(tǒng)性能指標控制系統(tǒng)性能指標:（1）轉(zhuǎn)差率：）轉(zhuǎn)差率：3%；（2）調(diào)速范圍：）調(diào)速范圍：D20；（3）電流超調(diào)量小于等于）電流超調(diào)量小于等于5%; （4）空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于）空載

13、起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于 等于等于30%;（5）穩(wěn)速精度：）穩(wěn)速精度：0.03.Chansha University Of Science & Technology四、設(shè)計步驟1、選題、選題 （1）選題具體要求：）選題具體要求： 每班分成七個組，每組至少三個同學，最多每班分成七個組，每組至少三個同學，最多不得超過四個同學，自由組合，自由選題。不得超過四個同學，自由組合，自由選題。 同組的幾個同學各自選擇一臺電動機參數(shù)，同組的幾個同學各自選擇一臺電動機參數(shù)，同組同學電機參數(shù)不得相同。同組同學電機參數(shù)不得相同。 （2）課題一經(jīng)選定，不準更改課題。）課題一經(jīng)選定，不準更改課題。Chansha

14、 University Of Science & Technology 2、查閱參考資料 （1）去圖書館借閱相關(guān)參考資料。）去圖書館借閱相關(guān)參考資料。 （2）上網(wǎng)查閱相關(guān)文獻。）上網(wǎng)查閱相關(guān)文獻。 （3）參考文獻主要包括：）參考文獻主要包括： 直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng) 交流調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng) 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 電子技術(shù)電子技術(shù) 半導體功率器件半導體功率器件 微機原理及控制技術(shù)微機原理及控制技術(shù) 等方面。等方面。Chansha University Of Science & Technology3、確定技術(shù)要求 根據(jù)所選控制系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)進一步根據(jù)所選控制系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)進一步細化技術(shù)要

15、求。細化技術(shù)要求。 首先確定控制系統(tǒng)方案，確定每一級首先確定控制系統(tǒng)方案，確定每一級的具體技術(shù)指標（如放大倍數(shù)，輸入輸出的具體技術(shù)指標（如放大倍數(shù)，輸入輸出電阻，電源電壓等）。電阻，電源電壓等）。 然后確定調(diào)節(jié)器類型。然后確定調(diào)節(jié)器類型。Chansha University Of Science & Technology4、靜態(tài)設(shè)計（直流雙閉環(huán)為例） (1) 確定控制系統(tǒng)采用的直流穩(wěn)壓電源確定控制系統(tǒng)采用的直流穩(wěn)壓電源電壓電壓(可選擇可選擇)； (2) 確定整流裝置的放大倍數(shù)確定整流裝置的放大倍數(shù)(需根據(jù)電需根據(jù)電樞電壓與控制電壓確定樞電壓與控制電壓確定)，并設(shè)計可控整流，并設(shè)計可控整流裝置及

16、觸發(fā)電路；裝置及觸發(fā)電路； (3) 確定電流反饋系數(shù)；確定電流反饋系數(shù)； (4) 確定轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；確定轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)； (5) 根據(jù)調(diào)速范圍與靜差率要求確定靜根據(jù)調(diào)速范圍與靜差率要求確定靜態(tài)速降及轉(zhuǎn)速反饋環(huán)的反饋系數(shù)。態(tài)速降及轉(zhuǎn)速反饋環(huán)的反饋系數(shù)。Chansha University Of Science & Technology5、動態(tài)設(shè)計（直流雙閉環(huán)為例） （1） 電流環(huán)設(shè)計電流環(huán)設(shè)計 確定時間常數(shù)確定時間常數(shù); 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu); 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù); 校驗近似條件校驗近似條件; 計算電流調(diào)節(jié)器電阻和電容。計算電流調(diào)節(jié)器電阻和電容。 （2） 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)

17、計轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計 確定時間常數(shù)確定時間常數(shù); 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu); 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù); 校驗近似條件校驗近似條件; 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電阻和電容計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電阻和電容; 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量。校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量。Chansha University Of Science & Technology6、仿真研究 (1) 建立控制系統(tǒng)的數(shù)學模型；建立控制系統(tǒng)的數(shù)學模型； (2) 在在MATLAB下仿真下仿真,檢驗轉(zhuǎn)速超調(diào)量檢驗轉(zhuǎn)速超調(diào)量指標是否達到設(shè)計要求；指標是否達到設(shè)計要求； (3) 修改調(diào)節(jié)器參數(shù)修改調(diào)節(jié)器參數(shù),使之達到預(yù)期指標使之達到預(yù)期指標要求；要求； (4) 多方案

18、比較時，要對每一系統(tǒng)模型多方案比較時，要對每一系統(tǒng)模型進行仿真進行仿真Chansha University Of Science & Technology7、完成控制系統(tǒng)電路原理圖（1）整流與濾波電路）整流與濾波電路（2）逆變與保護電路）逆變與保護電路（3）檢測與隔離電路）檢測與隔離電路（4）驅(qū)動與隔離電路）驅(qū)動與隔離電路（5）微機控制電路）微機控制電路（6）控制系統(tǒng)電源電路）控制系統(tǒng)電源電路Chansha University Of Science & TechnologyChansha University Of Science & Technology五、課程設(shè)計報告要求 1、課程設(shè)計報

19、告應(yīng)詳細敘述控制系統(tǒng)各部件的方、課程設(shè)計報告應(yīng)詳細敘述控制系統(tǒng)各部件的方案選擇，如選擇什么樣的調(diào)節(jié)器，為什么案選擇，如選擇什么樣的調(diào)節(jié)器，為什么? 2、課程設(shè)計報告應(yīng)詳細敘述控制系統(tǒng)的設(shè)計過、課程設(shè)計報告應(yīng)詳細敘述控制系統(tǒng)的設(shè)計過程及參數(shù)選擇的理由；程及參數(shù)選擇的理由； 3、設(shè)計報告應(yīng)包括控制系統(tǒng)原理圖一份、設(shè)計報告應(yīng)包括控制系統(tǒng)原理圖一份(用用A4圖圖紙紙)，并附系統(tǒng)工作原理說明；，并附系統(tǒng)工作原理說明； 4、設(shè)計報告應(yīng)附仿真結(jié)果曲線圖，并要有性能、設(shè)計報告應(yīng)附仿真結(jié)果曲線圖，并要有性能分析；分析； 5、設(shè)計報告應(yīng)有自己的設(shè)計感想；、設(shè)計報告應(yīng)有自己的設(shè)計感想； 6、設(shè)計報告除應(yīng)交文字版外，

20、還應(yīng)遞交電子版；、設(shè)計報告除應(yīng)交文字版外，還應(yīng)遞交電子版；Chansha University Of Science & Technology一、一、 概述概述二、二、 設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計任務(wù)與要求 2.1 2.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù) 2.2 2.2 設(shè)計要求設(shè)計要求三、三、 理論設(shè)計理論設(shè)計 3.1 3.1 方案論證方案論證 3.2 3.2 系統(tǒng)理論分析與算法推導系統(tǒng)理論分析與算法推導四、四、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 4.1 系統(tǒng)主電路設(shè)計系統(tǒng)主電路設(shè)計 4.2 4.2 系統(tǒng)控制電路設(shè)計系統(tǒng)控制電路設(shè)計五、系統(tǒng)實驗與仿真五、系統(tǒng)實驗與仿真 5.1 5.1 實驗分析與過程實驗分析與過程 5.2 5.2 仿真建模及實驗仿真建模及實驗六、六、 總結(jié)與體會總結(jié)與體會 參考文獻參考文獻課程設(shè)計報告章節(jié)安排課程設(shè)計報告章節(jié)安排Chansha University Of Science & Technology六、時間安排學生日程及教師值班安排學生日程及教師值班安排周次周次星期星期具體任務(wù)具體任務(wù)值班教師值班教師指導教室指導教室19周周一一布置任務(wù)，選題布置任務(wù)，選題鄧本再