直流调速系统设计及仿真和矢量控制变频调速系统建模与仿真.doc

电气与电子信息工程学院

《控制系统课程设计》

课程设计报告

名称：直流调速系统设计及仿真和矢量控制变频调速系统建模与仿真

专业名称：电气工程及其自动化

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

设计地点：

目录

TOC\o1-3\h\z\u前言7

第1章直流调速系统总体方案8

调速控制要求8

调速方案设计8

总体方案设计9

第2章主电路设计与参数计算10

整流变压器参数计算10

晶闸管元件参数计算11

晶闸管保护计算12

平波电抗器的计算13

第3章触发电路的设计16

触发电路的选择16

3.2同步变压器设计16

3.3控制电路的直流电源16

第4章双闭环的动态设计和校验17

转速调节器的设计和校验17

电流调节器的设计和校验18

第5章直流调速系统MATLAB仿真20

电流环的仿真20

转速环的系统仿真22

第6章交流调速系统的建模与仿真23

矢量控制变频调速的仿真模型23

异步电动机矢量控制变频调速仿真结果23

异步电动机变频调速矢量控制仿真结果分析25

总结26

参考文献26

附表1：主电路及辅助图27

附表2：触发电路图28

附表3：直流双闭环仿真图29

前言

电气传动系统又称电力拖动系统,是以电动机作为原动机的机械系统的总称。其目的是为了通过对电动机合理的实现生产机械的起动,停止,速度、位置调节以及各种生产工艺的要求。随着技术的进步及社会对环保、节能要求的日渐严格,电气传动系统在社会各方面的使用越来越广泛。电气传动技术以电动机控制为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成电气传动控制系统。因电机种类的不同分为直流电动机传动〔简称直流传动〕、交流电动机传动〔简称交流传动〕、步进电机传动〔简称步进传动〕、伺服电动机传动〔简称伺服传动〕等等。

直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，易于在大范围内平滑调速，过载能力大，能受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起制动和反转，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以直流调速系统至今仍然被广泛地用于自动控制要求较高的各种生产部门，是调速系统的主要形式。而且直流调速系统在理论上和实践上都比拟成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的根底。因此，直流调速系统的应用研究具有实际意义。

目前，通过对电动机的控制，将电能转换为机械能进而控制工作机械按给定的运动规律运行且使之满足特定要求的新型电气传动自动化技术已广泛应用于各个领域。三十多年来，直流电机传动经历了重大的变革，实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低本钱。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断开展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。

随着计算机控制技术的开展，直流传动系统已经广泛使用微机，实现了全数字化控制。由于微机以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度和可靠性比模拟直流调速系统大大提高。而且通过系统总线全数字化控制系统，能与管理计算机、过程计算机、远程电控装置进行交换，实现生产过程的自动化分级控制。所以，直流传动控制采用微机实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。

第1章直流调速系统总体方案

控制要求

在现代化工业生产中，生产机械都不停地运动着，几乎无处不使用电力传动装置。由于各种不同的生产机械运动规律不一样，对传动装置性能的要求也不一样。为了提高产品质量，增加产量，提高生产效率，越来越多的生产机械要求能实现转速调节与相应的自动化控制，并且对电力传动装置的拖动性能要求也越来越高。〔1〕调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地〔有级〕或平滑地〔无级〕调节转速；〔2〕稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确

保产品质量；〔3〕加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械那么要求起，制动尽量平稳。

调速方案设计

〔1〕直流电动机的选择

本次设计选用的电动机型号Z2-61型，其具体参数如下表1-1所示

表1-1Z2-61型电动机具体参数

电动机

型号

Pn〔KW〕

Un〔