运动控制系统课程设计
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目录
第章 课程设计务求 1
11 设计目 1
12 设计容 1
13 设计题目求 1
第二章 龙门刨床电气控制系统设计方案述 3
21 引言 3
22 直流电动机调速方法 3
23 开环直流调速系统 4
24 开环直流调速系统 4
25 直流双闭环调速系统 5
251 系统静特性 6
252 系统动态特性 7
253 模拟式双闭环直流调速系统 9
254 数字式双闭环直流调速系统 9
255 数模混合控制系统 10
第三章 直流双闭环调速系统设计 12
31 系统总体概述 12
32 电路设计 14
321 整流变压器选择 15
322 整流电路晶闸选择 16
323 整流晶闸保护 16
324 电流互感器选择 17
325 波电抗器选择 17
326 保护电路选择作 17
33 速度环电流环设计 18
331 直流双闭环系统设计方法 18
332 电流调节器设计 21
333 速度调节器设计 23
34 系统功单元分析 25
341 定单元GJ 25
342 逻辑控制器DLC 26
343 零电流检测单元DPT转矩极性单元DPZ 26
344 零速封锁单元DZS 26
345 反号器AR 26
346 电流变换电流反馈BC 26
347 晶闸触发单元CT脉放电路MT三相移相触发器 27
第四章 系统实验调试 28
41 系统实验调试概述 28
42 触发器整定 29
43 系统开环运行特性测试 29
44 系统单元调试 30
第五章 总结展 33
51 调试心体会 33
52 设计调试结 34
53 电力拖动动控制系统展 34
附录 35
附录：种整流电路失控时间 35
附录二：龙门刨床双闭环直流调速系统原理图 35
参考文献 36
附录附件
第章 课程设计务求
11 设计目
运动控制系统动化专业干专业课具强系统性实践性工程背景运动控制系统课程设计目培养学生综合运运动控制系统知识理分析解决运动控制系统设计问题学生建立正确设计思想掌握工程设计般程序规范方法提高学生调查研究查阅文献正确技术资料标准手册等工具书力理解分析制定设计方案力设计计算绘图力实验研究系统调试力编写设计说明书力
12 设计容
1根工艺求证分析设计电路控制方案出系统原理图（2号图纸）
2设计组成该系统单元分析说明
3选择电路设备计算参数（含整流变压器容量S电抗器电感量L晶闸电流电压定额快熔容量等）说明保护元件作（必须电流电压保护）
4设计速度环电流环（张力环）确定ASRACR（张力调节器ZL）结构计算参数
5结合实验述系统设计正确性
13 设计题目求
1设计题目：龙门刨床电气控制系统设计
2工艺求：龙门刨床刨削加工金属材料时刨床运动工作台复直流运动工作前进时工作行程切削行程时带动工作台直流电动机负载切削程完毕工作台退时反行程时刀具抬起电动机空载运行提高生产效率返回速度高切削速度减少刀具承受击延长寿命切削行程开始时工件低速进入刀具然加速需切削速度前进末尾工作台动减速保证刀具慢速离开工件避免工件边缘崩裂时提高反准确度前进方降低速度说降低动反行程（退）末尾样工作动减速
3刨床工作台直流调速系统设计求：
调速范围D20S1电流超调量空载起动额定转速转速超调量稳态静差
4直流电机参数：
电流载倍数电枢回路总电阻
第二章 龙门刨床电气控制系统设计方案述
21 引言
龙门刨床电气控制系统设计带动工作台直流电动机调速系统进行设计直流电动机调速方式总体说两种——变电压变磁通结合学动控制理便种设计方案
直流传动控制系统高水现代化龙门刨床核心龙门刨床运行高效优质生产关键
22 直流电动机调速方法
根直流电机转速方程：
(21)
式中 — 转速（rmin）
— 电枢电压（V）
— 电枢电流（A）
— 电枢回路总电阻（ W ）
— 励磁磁通（Wb）
— 电机结构决定电动势常数
式(21)出电动机三种调节转速方法：
(1)调节电枢供电电压 U
(2)减弱励磁磁通 F
(3)改变电枢回路电阻 R
三种调速方法性较
求定范围级滑调速系统说调节电枢供电电压方式改变电阻级调速减弱磁通然够滑调速调速范围配合调压方案基速（电机额定转速）作范围弱磁升速
动控制直流调速系统调压调速
直流调速系统控制方案较常开环控制转速负反馈闭环控制双闭环控制
23 开环直流调速系统
系统原理图图21示
图21 开环控制直流调速系统
图21 示开环调速系统调节控制电压改变电动机转速果负载生产工艺运行时静差率求高样开环调速系统实现定范围级调速找途
龙门刨床常常静差率定求毛坯表面粗糙加工时负载波动保证工件加工精度加工表面光洁度加工程中速度必须基稳定说静差率太热连轧机机架轧辊分单独电机拖动钢材架连续轧制求机架出口速度保持严格例关系轧金属秒流量相等致造成钢材起拱拉断情况开环调速系统满足求
24 开环直流调速系统
根动控制原理反馈控制闭环系统调量偏差进行控制系统调量出现偏差会动产生纠正偏差作
调速系统转速降落正负载引起转速偏差显然引入转速闭环调速系统应该够减少转速降落
图 22 转速负反馈闭环调速系统
转速负反馈闭环直流调速系统静特性方程式：
(22)
系统精度赖定反馈检测精度
n 定精度——定决定系统输出输出精度然取决定精度
果产生定电压电源发生波动反馈控制系统法鉴定电压正常调节应电压波动高精度调速系统必须更高精度定稳压电源
n 检测精度——反馈检测装置误差反馈控制系统法克服检测精度决定系统输出精度
较开环系统机械特性闭环系统静特性
(1)闭环系统静性开环系统机械特性硬
(2)果较开环闭环系统闭环系统静差率
(3)求静差率定时闭环系统提高调速范围
(4)取述三项优势K 足够闭环系统必须设置放器
闭环系统够减少稳态速降实质动调节作着负载变化相应改变电枢电压补偿电枢回路电阻压降
25 直流双闭环调速系统
转速电流双闭环控制直流调速系统应广性直流调速系统获良静动态性转速电流两调节器般采P I调节器样构成双闭环直流调速系统电路原理图图23示
图23 转速电流双闭环直流调速系统结构
ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机
TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器
图23中转速调节器输出作电流调节器输入电流调节器输出控制电力电子变换器UPE闭环结构电流环里面称作环转速环外边称作外环形成转速电流双闭环调速系统
251 系统静特性
双闭环直流调速系统静态结构图图24
图24 双闭环直流调速系统稳态结构图
双闭环直流调速系统静特性图25 示
n0
Id
Idnom
O
n
A
B
C
图25 双闭环直流调速系统静特性
系统静特性分析：正常运行时电流调节器会达饱状态静特性说转速调节器饱饱两种情况
①转速调节器ASR饱： CA段静特性理想空载状态直延续 般额定电流 静特性运行段水特性
②转速调节器ASR饱：时ASR输出达限幅值转速外环呈开环状态转速变化系统产生影响双闭环系统变成电流静差单电流闭环调节系统
n 双闭环调速系统静特性负载电流时表现转速静差时转速负反馈起调节作
n 负载电流达转速调节器饱电流调节器起调节作系统表现电流静差电流动保护
样静特性显然带电流截止负反馈单闭环系统静特性
252 系统动态特性
U*n
+
a
Uc
IdL
n
Ud0
Un
b
+
Ui
WASR(s)）)
WACR(s)
Ks
Tss+1
1R
Tl s+1
R
Tms
U*i
Id
1Ce
+
E
系统动态结构图图26示
图26 双闭环直流调速系统动态结构图
1双闭环直流调速系统起动程三特点：
①饱非线性控制根ASR饱饱整系统处完全两种状态：
1）ASR饱时转速环开环系统表现恒值电流调节单闭环系统
2）ASR饱时转速环闭环整系统静差调速系统电流环表现电流动系统
②转速超调ASR采饱非线性控制起动程结束进入转速调节阶段必须转速超调ASR输入偏差电压负值ASR退出饱样采PI调节器双闭环调速系统转速响应必然超调
③准时间优控制起动程中阶段恒流升速阶段特征电流保持恒定般选择电动机允许电流便充分发挥电动机载力起动程快阶段属限制条件短时间控制整起动程作准时间优控制
应该指出逆电力电子变换器双闭环控制保证良起动性产生回馈制动制动时电流降零停车必须加快制动时采电阻耗制动电磁抱闸
2动态抗扰性分析
般说双闭环调速系统具较满意动态性调速系统重动态性抗扰性抗负载扰动抗电网电压扰动性
①动态结构图26中出负载扰动作电流环转速调节器ASR产生抗负载扰动作设计ASR时求较抗扰性指标
②双闭环系统中增设电流环电压波动通电流反馈较时调节必等影响转速反馈回抗扰性改善双闭环系统中电网电压波动引起转速动态变化相单闭环系统
综见直流双闭环调速系统控制性相前两种方式优秀实际调速系统中广泛应
双闭环直流调速系统实现方式分三种：模拟式数字式数模混合式
253 模拟式双闭环直流调速系统
原理图图27示
图27 模拟式双闭环直流调速系统电路原理图
特点：调节器均运算放器实现具物理概念清晰控制信号流直观等优点控制规律体现硬件电路器件线路复杂通性差控制效果受器件性温度等素影响
254 数字式双闭环直流调速系统
微处理器核心数字控制系统简称微机数字控制系统硬件电路标准化程度高制作成低受器件温度漂移影响控制软件够进行逻辑判断复杂运算实现般线性调节优化适应非线性智化等控制规律更改起灵活方便总微机数字控制系统稳定性性高提高控制性外拥信息存储数通信障诊断等模拟控制系统法实现功
计算机处理数字信号模拟控制系统相微机数字控制系统特点离散化数字化
离散化数字化结果导致时间量值连续性引起述负面效应：
（1）AD转换量化误差：模拟信号穷数值数码总限数码逼模拟信号似会产生量化误差影响控制精度滑性
（2） DA转换滞效应：计算机运算处理输出数字信号必须数模转换器DA保持器转换连续模拟量放驱动控象保持器会提高控制系统传递函数分母阶次系统稳定裕量减甚会破坏系统稳定性
着微电子技术进步微处理器运算速度断提高位数断增加述两问题影响已越越
微机数字控制系统特点负面效应需系统分析中引起重视系统设计中予解决
电路
微机控制电路
~
U*n
Un
Ui
U*i
Uc
图28 数字式双闭环直流调速系统
图28示数字装置中计算机软硬件实现功 计算机控制系统系统特点：
1）双闭环系统结构采微机控制
2）全数字电路实现脉触发转速定检测
3）采数字PI算法软件实现转速电流调节
255 数模混合控制系统
实际图28示模拟数字混合控制系统综合模拟控制系统数字控制系统特点：
1）转速采模拟调节器采数字调节器
2）电流调节器采数字调节器
3）脉触发装置采模拟电路
综清楚三种控制策略优缺点基龙门刨床直流电动机控制性求采双闭环直流调速系统达求动态性静态性双闭环直流调速系统实现方式面模拟式数字式数模混合式特点终选择模拟式双闭环直流调速系统次设计方案模拟式双闭环直流调速系统
第三章 直流双闭环调速系统设计
章具体介绍直流双闭环调速系统硬件实现首先总体介绍系统实现基思想然分析设计系统模块单元
31 系统总体概述
根四辊逆式冷轧机卷取机直流调速系统设计求采取设计方案系统原理图图31示
采晶闸—电动机调速系统V—M系统V晶闸控整流器单相三相相半波全波半控全控等类型通调节触发装置GT控制电压移动触发脉相位改变整流电压Ud实现滑调速采调压调速方式实现级基速调速
晶闸—电动机调速系统控制作时间毫秒级完全满足系统动态性求技术较成熟成套设备成较低设计相容易
图31 系统原理框图（页）
GJ―――信号定单元 ASR――速度调节器 DZS――零速封锁单元
AZR——张力调节器 RC电路——压保护 DLC――逻辑控制器
BS――速度变化速度反馈 ACR――电流调节器 AR――反号器
DPZ――零电流检测器 DPT――转矩极性鉴器 VDR——压敏电阻
CTMT――三相集成触发电路脉分配脉放电路
BC――电流变换电流反馈流保护
32 电路设计
电路稳定安全运行直接影响整系统性保证逆冷轧机卷取机系统具稳定正反运行特性需设计逆调速系统采六晶闸构成三相桥式整流电路反联装置解决电动机正反转运行回馈制动问题实现方式图32示
图32 电路框图
系统供电穷电网电压三相变压器变220V通系列熔断器等保护措施输入桥式整流电路进直流电机装置供电
变压器绕组采 △Y接法 具体方法见电路变压器参数计算
电路保护措施尤重设计重保护电路成必电路图33示
图33 系统供电框图
起动开关电路里面设置锁回路控制电路中发现电流电路常闭开关KM跳开保护整系统KM跳开失败电流段时间快速熔断器受热熔化电路跳开避免烧坏电机等设备框图中起动开关KM部分电路图图34示
图34 起动开关电路图
321 整流变压器选择
1阀侧相电压
变流变压器直流调速系统中种关键设备阀侧相电压选择否适合影响系统性重素电压选高会变压器容量必加造成浪费会增加运行中功功率选低影响系统工作性电动机高转速达设计求通常计算时考虑三素：
⑴．电网电压波动般规定允许低电网电压考虑
⑵．电流变化时产生压降般工作电流考虑
⑶．延迟角防止逆变器颠覆合理选择超前角
选取必须相适应般取
采三相桥式整流电路带转速反馈调速系统时般述公式估算：
逆系统： (31)逆系统： (32)
式中电动机额定电压
取
2阀侧相电流
变流变压器阀侧相电流式计算：
(33)
中（三相桥式）
变压器容量：
(34)取
322 整流电路晶闸选择
(1) 额定断态重复峰值电压反重复峰值电压
采三相桥式整流电路晶闸承受反电压：
(35)晶闸阴极间正电压：
(36)
考虑安全余量电压定额：
取1700V
(2) 电流定额
晶闸种具较少热惯性元件中保证条件晶闸高工作结温超允许额定结温选晶闸应留定功率裕量额定电流(通态均电流)应高受控电路工作电流1．5～2倍
整流电路电感足够整流电流连续时三相桥式整流电路晶闸额定电流：
(37)
取520A
323 整流晶闸保护
整流晶闸保护流保护电流变化（）快电压（）变化快
(1)限制电压升率电流升率系统加入桥臂电抗器桥臂电抗器采空心电抗提高电感量电抗器安置铁氧磁棒
(2)快速熔断器作流保护
晶闸流保护方式脉移相先留保护直流快速断路器保护快速熔断器保护等中快速熔断器流保护晶闸电路中较普遍选择晶闸串联快速熔断器额定电流应公式计算选取数值
晶闸额定电流200A时式中快速熔断器额定电流晶闸额定电流
晶闸额定电流200A时式中晶闸通态均电流
该龙门刨床电机额定电流305A
(38)
桥臂快熔额定电流取820A
选择桥臂快熔型号：
324 电流互感器选择
交流变压器副方电流248A选LMZ05型额定电流400A做计量保护
325 波电抗器选择
求电流连续时电感 (39)
中电动机额定电流5~10
：
波电抗器电感量般低速轻载时保证电流连续条件选择通常首先确定电流（A单位）利计算须总电感量（mH单位）然减电枢电感波电抗器电感值取Ld＝6mH
326 保护电路选择作
①压敏电阻：取压敏电阻型号：MY3110005
②交流接触器KM1型号：CJ105
③电压保护：RC网络RCD抑制电压RC电压抑制电路接供电变压器两侧（通常供电网侧称网侧电力电子侧称阀侧）电力电子电路直流侧容量电力电子装置采反阻断式RC电路
④电流保护：般采快速熔断器直流快速断路器电流继电器等措施通常电子电路作第保护措施快速熔断器仅作短路时部分区段保护直流快速断路器整定电子电路动作实现保护流继电器整定载时动作
⑤缓电路（吸收电路）：作抑制电力电子器件电压者电流减少器件开关损耗
33 速度环电流环设计
电流环速度环双闭环直流调速控制系统核心两环品质直接关系调速系统性指标设计环方法选择常工程设计方法现代电力拖动控制系统中电机外惯性电力电子器件集成电路等组成合理简化处理整系统般似低阶系统进熟悉典型系统基结构参数性指标关系已事先找具体选择参数时须现成公式表格中数计算样设计方法规范化减少设计工作量
331 直流双闭环系统设计方法
1系统动态结构分析
IdL
Ud0
Un
+
+
Ui
ACR
1R
Tl s+1
R
Tms
U*i
Uc
Ks
Tss+1
Id
1
Ce
+
E
b
T0is+1
1
T0is+1
ASR
1
T0ns+1
a
T0ns+1
U*n
n
电流环
图35 双闭环调速系统动态结构图
双闭环调速系统实际动态结构图图35示前述图26处增加滤波环节包括电流滤波转速滤波两定信号滤波环节中：
— 电流反馈滤波时间常数
— 转速反馈滤波时间常数
直流双闭环调速系统中速度调节器电流调节器作结点：
速度调节器作：
(1)转速调节器调速系统导调节器转速 n 快定电压变化稳态时减转速误差果采PI调节器实现静差
(2)负载变化起抗扰作
(3)输出限幅值决定电机允许电流
电流调节器作：
(1)作环调节器外环转速调节程中作电流紧紧定电压（外环调节器输出量）变化
(2)电网电压波动起时抗扰作
(3)转速动态程中保证获电机允许电流加快动态程
2系统设计步骤
系统设计般原： 先环外环
环开始逐步外扩展里首先设计电流调节器然整电流环作转速调节系统中环节设计转速调节器
(1)选择调节器结构系统典型化满足稳定稳态精度
电流调节器结构选择：
l 稳态求希电流静差理想堵转特性采 I 型系统够
l 动态求实际系统允许电枢电流突加控制作时太超调保证电流动态程中超允许值电网电压波动时抗扰作次素电流环应性应选典型I型系统
转速调节器结构选择：
实现转速静差负载扰动作点前面必须积分环节应该包含转速调节器 ASR 中现扰动作点面已积分环节转速环开环传递函数应两积分环节应该设计成典型 Ⅱ 型系统样系统时满足动态抗扰性求
(2)设计调节器参数满足动态性指标求
(3)调节器工程实现
3相关参数计算
已知设备参数：
电机参数：电流载倍数
电枢回路总电阻
飞轮力矩惯量
电枢回路电磁时间常数
电流反馈系数（ASR限幅值取10V）
速度反馈系数
变流装置采三相桥式整流电路晶闸触发整流装置放倍数
整流装置滞时间常数附录表中种整流电路形式失控时间三相桥式电路均失控时间
电流滤波时间常数Toi三相桥式电路波头时间33ms基滤波头应（1~2）Toi333ms取Toi2ms002s
转速滤波时间常数Ton根测速发电机纹波情况取Ton001s
电流环时间常数时间常数似处理取
系统固部分参数计算
（1）电动机电动势常量
(310)
（2）电动机转矩常量
(311)
（3）转速惯量
(312)
（4）机电时间常数
(313)
表31：调节器参数设计便查表
参数
数值
参数
数值
额定功率PNkw
60
电动势常量Ce
01263
额定电压UNV
220
机电时间常数Tms
03413
额定电流INA
305
整流装置滞时间常数Tss
00017
额定转速nNrpm
1500
电流滤波时间常数Tois
0002
电枢电阻Ra
01
转速滤波时间常数Tons
001
载倍数
2
速度反馈系数
00067
电枢回路总电阻Ra
02
电流反馈系数
002
电磁时间常数Tls
003
电动机转矩常量Cm
12064
332 电流调节器设计
1． 电流环框图建立化简
转速定信号响应时间较电流定信号响应时间长（~十倍）计算电流动态响应时电动机转速成恒量恒量动态分量起作简化起见反电势略
定滤波反馈滤波两环节等效移环时定信号改成：电流环非单位负反馈等效变换成单位负反馈系统图36(a)示
(0002)(00017)较(00222)前两者构成惯性环节合图36(b)示中
2． 电流调节器设计
（1）确定系统类型
36 (a) 电流环结构图简化
36 (b) 校正电流环动态结构图
电流环校正成典I系统校正成典II系统应根生产机械求定般抗扰性求特严格时均采典I系统设计现电流环校正成典I系统
（2）电流调节器选择
显然欲校正成典I系统电流调节器应选PI调节器传递函数
(314)
（3）电流调节器参数选取
① 确定时间常数
查表知
i 整流装置滞时间常数
ii 电流滤波时间常数
② 计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：二阶佳系统设计取电流开环增益：求电流超调量取
(315)
ACR例系数：
(316)
③ 校验似条件
电流环截止频率： (317)
（1） 晶闸整流装置传递函数似条件
(318)
满足似条件
（2） 忽略反电动势变化电流环动态影响条件
(319)
满足似条件
（3） 电流环时间常数似处理条件
(320)
满足似条件
④ 计算电流调节器电阻电容
取调节器输入电阻
(321)
取
(322)
取
(323)
取
333 速度调节器设计
1 速度环框图建立化简
37 等效成单位负反馈系统惯性似处理
简化速度环框图图37示非单位负反馈变换成单位负反馈系统两惯性环节合
2 速度调节器设计
（1）确定系统类型
速度环校正成典I系统校正成典II系统应根生产机械求定数调速系统速度环典II系统进行设计现速度环校正成典II系统
（2）速度调节器选择
显然欲校正成典II系统速度调节器应选PI调节器传递函数
38 校正典型 II 型系统
3 速度调节器参数选取
（1） 确定时间常数
1） 电流环时间常数
(324)
2）转速滤波时间常数根前面分析取
3）转速环时间常数时间常数似处理取
(325)
（2） 三阶佳系统设计取
求转速开环增益：
(326)
进ASR例系数：
(327)
（3） 检验似条件
转速环截止频率：
1) 电流环传递函数简化条件
满足简化条件
2) 转速环时间常数似处理条件
满足简化条件
（4） 计算调节器电阻电容
取调节器输入电阻
(328)
取
(329)
取
(330)
取
⑤ 校核转速超调量
h＝5时电力拖动动控制系统—运动控制系统中表26查满足设计求实际表26现行系统计算突加阶跃定时转速调节器ASR饱符合线性系统前提应该ASR退饱情况重新计算超调量
设理想空载起动时负载系数前面计算数知：h＝5时电力拖动动控制系统—运动控制系统中表27查
(334)
见满足设计求
双闭环直流调速系统理设计基完成步设计控制系统实验室进行安装调试
34 系统功单元分析
面设计控制系统部分完整控制系统包括定反馈保护甚逻辑单元等面简设计解释系统模块单元
341 定单元GJ
G定单元模拟电路组成包含三级放器第级高倍放器第二级积分器RC积分输出电压变斜坡信号负相定方相反积分变化率通调节电位器RP改变积分快慢通调节RC控制级反器
342 逻辑控制器DLC
逻辑控制环节DLC实现环流系统中关键环节系统工作状态指挥系统进行正反组动切换输出信号控制正组触发脉封锁开放控制反组触发脉封锁开放结构分逻辑控制延时控制考虑换组运行参考转矩极性电流否零DLC输入信号转矩极性电流状态
DLC逻辑：正运行：VF整流开放VF封锁VR反制动：VF逆变开放VF封锁VR反运行：VR整流开放VR封锁VF正制动：VR逆变开放VR封锁VF
343 零电流检测单元DPT转矩极性单元DPZ
转矩极性检测单元零电流检测单元结构实现电路方面完全相回滞较器功：零转矩检测单元检测转矩正负极性零电流检测单元检测电流否零具体参数特性曲线
344 零速封锁单元DZS
定信号零时电动机应动然调节器存零点漂移导致电动机爬行确保零位时电动机会爬行定调节器严格锁零通控制场效应调节器输出输入间短接
345 反号器AR
电流反馈信号极性总+系统采电流调节器保证电流环电流负反馈环实现负反馈控制必须采反号器AR逻辑DLC两相反端信号分控制电流定信号电流反馈永远负反馈
346 电流变换电流反馈BC
3型号（5A03A）交流电流互感器LH接成星型接法三相桥式整流变成极性变直流电压分路送出：
a）流推β信号流跳闸控制信号
b）DPZ零电流输入信号Uio
c）电流反馈信号UIF（Ui）
中电磁开关J1回路级保护开关出现电流时常闭开关J1电跳开回路起保护整电路作
347 晶闸触发单元CT脉放电路MT三相移相触发器
处采TC787A型芯片目前国市场广泛流行TCA785KJ(KC)系列移相触发集成电路换代产品TCA785KJ(KC)系列集成电路相具功耗功强输入阻抗高抗干扰性移相范围宽外接元件少等优点装调简便需样集成电路完成3TCA7851KJ0411KJ0425KJ(3KJ0041KJ0411KJ042)(KC)系列器件组合具三相移相功然脉放脉门MT触发三相全控桥晶闸
三相移相触发器两路输入信号路三相交流步电源保证电路交流电压触发脉保持步正确触发相晶闸路脉移动控制信号控制触发器脉发出时刻达控制晶闸触发角目
根消系统静态环流动态环流必须时刻允许开放组晶闸脉组晶闸脉严格封锁达目电路设计两模拟电子开关脉门MT1MT2逻辑控制器根系统工作情况正确发出指令（）接通脉门时切断脉门
第四章 系统实验调试
41 系统实验调试概述
实验目：
1）熟悉掌握逻辑环流逆调速系统调试方法步骤
2）通实验分析研究系统动静态特性研究调节器参数动态品质影响
3）通实验提高身实际操作技培养分析解决问题力
实验容：
1 控制单元调试
2 整定电流反馈系数转速反馈系数整定电流保护动作值
3 测定开环机械特性高低时速静特性
4 闭环控制特性测定
5 改变调节器参数观察记录电流速度起动制动时动态波形
技术指标：
（1） 电流超调量记录关参数影响
（2） 转速超调量记录关参数影响
（3） 示波器测定：系统起动制动正转反转渡时间
（4） 稳态转速静差
实验调试步骤：
1双闭环逆调速系统调试原：
① 先单元系统
② 先开环闭环
③ 先环外环
④ 先单（逆）双（逆）
2系统开环调试
（1）系统相位整定：
定相分析：定相目根相晶闸导电范围触发器出触发脉确定触发器步电压应回路电压间正确相位关系必须根触发器结构原理变压器接线组确定步变压器接线组
42 触发器整定
（1）先DJK02触发脉指示开关拨窄脉位置合DJK02中电源开关示波器观察A相B相C相三相锯齿波分调节应斜率调节器三相锯齿波斜率致
（2）观察DJK02中VT1～VT6孔六双窄脉间隔均匀相位间隔60度
（3）触发器移相控制特性整定：
图41示系统求时电机应停止动调整偏移电阻
图41 触发器移相控制特性
测时应值该值作整定ACR输出正限幅值测时应值该值作整定ACR输出负限幅值
43 系统开环运行特性测试
（1）高速特性测试：
逐步增加定电压电动机启动升速调节Ug(Uct)灯箱开关(改变RG)电机电流转速定Uct保持变做高速特性表41示
改变RG负载电流23A降记录应转速整流电压测出高速时开环机械特性
表41 电机高速特性
Id
23
21
17
1
Ud (V)
288
287
288
293
n(rmin)
1420
1430
1490
1510
（2）低速特性测试：
调节Ug（Uct）RG电机电流Id＝IN＝08A电机然旋转转速n＝100rpm左右测低速特性表42示
表42 电机低速特性
Id（A）
09
08
07
05
Ud (V)
n(rmin)
150
155
190
280
44 系统单元调试
1．电流调节器ACR调试
先切断电路励磁电源开关切断DJK02中电源开关合电源总开关DJK04中电源控制开关DJK04中电源控制开关DJK04中定电位器逆时针调零位定Uct0V
ACR接成例调节器定Uct0V调节放器调零电位器RP4输出0V定Ug正信号输出应负调节负限幅电位器RP2输出限制触发器移相控制角βmin＝30°应－Uctm值＝－3V 定Ug继续增值变
定Ug负信号输出应正调节负限幅电位器RP1输出限制触发器移相控制角αmin＝30°应Uctm值＝3V 定Ug继续增值变
2．速度调节器ASR调试
调试方法ACR调试方法输出正负限幅值
3．反相器AR调试
输出定单元输出直接输入AR输入端万表测量输入输出特性应满足式(41)
（41）
4．逻辑控制单元调试
①电检测调试
a）．转矩极性鉴器DPT调试
输入定单元输出直接接DPT输入端万表示波器观察输出
先检测回环宽度（05V左右）调节电位器RP1回环宽度称坐标特性图(42)
图42 入—回环特性图
b) ．零电流监测器DPZ调试
输入定单元输出直接接DPZ输入端万表示波器观察输出
先检测回环宽度（05V左右）调节电位器RP3回环图(43)示
图43 DPZ特性
②逻辑控制器DLC调试
DLC两输入端：求两输入端时1态0态信号直接输入定单元输出端获1态输入定单元输出端获0态输入端直接插GND
测试逻辑功逻辑功真值表应表43示
表43逻辑功真值表
输入
Um
1
1
0
0
0
1
Ui
1
0
0
1
0
0
输出
Uz
0
0
0
1
1
1
Uf
1
1
1
0
0
0
6 系统整体调试
(1) 合保护电路开关电动机励磁开关控制电源开关合直流调速电源开关
(2) 系统动态波形观察性指标分析
① 闭环机械特性测定：先系统停发电机输出接灯箱调节灯数速度定定变调节灯亮数降测出高速机械特性
低速机械特性仿开环系统 方法进行
表44系统机械特性
21
2
14
09
1
09
06
04
1340
1350
1380
1420
250
250
250
250
② 调节灯亮数左右观察系统原始突加正起动正运行突正停车转速电流波形
(3) 测试系统扰动信号抵抗力
电机起动稳态情况先左右
① 突加负载（）示波器观察电动机转速变化情况
② 突降负载（）样示波器观察电动机转速变化情况
第五章 总结展
龙门刨床控制系统设计中文采速度电流双闭环方法转速进行控制通逻辑控制单元控制象——晶闸选择性导通实现刨床直流电动机环流逆调速实验室进行设计验证获较调速效果
51 调试心体会
调试程中万表双线示波器电路进行观察测量通测量电流电压观察波形变化效找问题
调试程中遇意想问题通老师请教研究摸索解决问题收获现简略说明：
1．模块调试整体调试相结合
先分模块调试整体调试提高调试效率出现问题时排相关模块干扰分析问题简单化时积累调试验联合调试快速解决问题基础
2．调试三相移相触发控制单元注意先进行校正
刚开始时候调试出波形斜率总法调成致询问老师知调斜率时首先校正致
3． 线路接开始试运行时电动机总动
第次连接电流开环电路时接通电源电机总没反应试运行次没成功学提示整流装置输出端口进行测试发现输出端没电流电机然会转动判定接线出现问题仔细检查发现电动机串联电抗器接线错误调换接线端口次开启电源着定断加电动机嗡嗡声逐渐变成熟悉转子飞速转动声音时刻兴奋舒畅
4． 正确定起动电机
调试完电流环调试速度环时候发现电机起动起初接线出现问题仔细检查速度调节器接线始终没发现错误掉速度环定直接接电流环时电机起动确定速度环接入引起问题接线没错误顿时知措停检查线路次回课静静思考发现问题出定单元接入速度环定应该正定电流环负定调试环节定时改变
52 设计调试结
实验室现设备条件设计直流双闭环调速系统满足龙门刨床控制系统求性指标：
1
2稳态时转速静差
3够快速起动制动
进行实验调试时间限加实验室提供系统部分完全理解步骤部班进行调试没出现误差时跳该步骤系统终运行时高速性较够快速达较高转速低速时出现转速跳动
53 电力拖动动控制系统展
文通逻辑控制单元降低双闭环调速系统复杂性中出集成电路甚微控制器降低电路系统复杂性时提高系统精确性快速性稳定性降低系统检测维修难度文探讨容取结目前集成电路微控制器电力拖动动控制系统应状况进步展开研究工作：
1系统模拟单元数字单元取代降低系统规模
2PI算法然具较动态性参数调节始终PI调节重点难点更复杂性求更高控制系统考虑先进控制算法智控制算法等
3 前两者基础智集成电路越越应电力拖动动控制系统中方面研究会意义
附录
附录：种整流电路失控时间
表 种整流电路失控时间（f50Hz）
整流电路形式
失控时间
均失控时间
单相半波
20
10
单相全波
10
5
三相半波
667
333
三相桥式六相半波
333
167
附录二：龙门刨床双闭环直流调速系统原理图附件
中nan学
参考文献
[1] 陈伯时编 电力拖动动控制系统——运动控制系统 北京：机械工业出版社20037
[2] 王兆安黄俊编 电力电子技术 北京：机械工业出版社2000
[3] 胡寿松编 动控制原理北京：科学出版社2001
[4] 谷立华龙门刨床全数字直流直流调速系统[J]基础动化2001(2)：62～64
[5] 张吉松 双闭环直流调速系统工程设计典型系统[J]海电机技术高等专科学校学报2000(2)：19～22
[6] 龙瑜单闭环直流调速系统[J]电机电器技术2004(1)：39～42
[7] 志琴谢宗安 数字式直流调速系统智控制[J]贵州工业学学报2003(6)：52～54
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运动控制系统课程设计
学 院 ：
专业班级 ：
学 号
姓 名 ：
目录
第章 课程设计务求 1
11 设计目 1
12 设计容 1
13 设计题目求 1
第二章 龙门刨床电气控制系统设计方案述 3
21 引言 3
22 直流电动机调速方法 3
23 开环直流调速系统 4
24 开环直流调速系统 4
25 直流双闭环调速系统 5
251 系统静特性 6
252 系统动态特性 7
253 模拟式双闭环直流调速系统 9
254 数字式双闭环直流调速系统 9
255 数模混合控制系统 10
第三章 直流双闭环调速系统设计 12
31 系统总体概述 12
32 电路设计 14
321 整流变压器选择 15
322 整流电路晶闸选择 16
323 整流晶闸保护 16
324 电流互感器选择 17
325 波电抗器选择 17
326 保护电路选择作 17
33 速度环电流环设计 18
331 直流双闭环系统设计方法 18
332 电流调节器设计 21
333 速度调节器设计 23
34 系统功单元分析 25
341 定单元GJ 25
342 逻辑控制器DLC 26
343 零电流检测单元DPT转矩极性单元DPZ 26
344 零速封锁单元DZS 26
345 反号器AR 26
346 电流变换电流反馈BC 26
347 晶闸触发单元CT脉放电路MT三相移相触发器 27
第四章 系统实验调试 28
41 系统实验调试概述 28
42 触发器整定 29
43 系统开环运行特性测试 29
44 系统单元调试 30
第五章 总结展 33
51 调试心体会 33
52 设计调试结 34
53 电力拖动动控制系统展 34
附录 35
附录：种整流电路失控时间 35
附录二：龙门刨床双闭环直流调速系统原理图 35
参考文献 36
附录附件
第章 课程设计务求
11 设计目
运动控制系统动化专业干专业课具强系统性实践性工程背景运动控制系统课程设计目培养学生综合运运动控制系统知识理分析解决运动控制系统设计问题学生建立正确设计思想掌握工程设计般程序规范方法提高学生调查研究查阅文献正确技术资料标准手册等工具书力理解分析制定设计方案力设计计算绘图力实验研究系统调试力编写设计说明书力
12 设计容
1根工艺求证分析设计电路控制方案出系统原理图（2号图纸）
2设计组成该系统单元分析说明
3选择电路设备计算参数（含整流变压器容量S电抗器电感量L晶闸电流电压定额快熔容量等）说明保护元件作（必须电流电压保护）
4设计速度环电流环（张力环）确定ASRACR（张力调节器ZL）结构计算参数
5结合实验述系统设计正确性
13 设计题目求
1设计题目：龙门刨床电气控制系统设计
2工艺求：龙门刨床刨削加工金属材料时刨床运动工作台复直流运动工作前进时工作行程切削行程时带动工作台直流电动机负载切削程完毕工作台退时反行程时刀具抬起电动机空载运行提高生产效率返回速度高切削速度减少刀具承受击延长寿命切削行程开始时工件低速进入刀具然加速需切削速度前进末尾工作台动减速保证刀具慢速离开工件避免工件边缘崩裂时提高反准确度前进方降低速度说降低动反行程（退）末尾样工作动减速
3刨床工作台直流调速系统设计求：
调速范围D20S1电流超调量空载起动额定转速转速超调量稳态静差
4直流电机参数：
电流载倍数电枢回路总电阻
第二章 龙门刨床电气控制系统设计方案述
21 引言
龙门刨床电气控制系统设计带动工作台直流电动机调速系统进行设计直流电动机调速方式总体说两种——变电压变磁通结合学动控制理便种设计方案
直流传动控制系统高水现代化龙门刨床核心龙门刨床运行高效优质生产关键
22 直流电动机调速方法
根直流电机转速方程：
(21)
式中 — 转速（rmin）
— 电枢电压（V）
— 电枢电流（A）
— 电枢回路总电阻（ W ）
— 励磁磁通（Wb）
— 电机结构决定电动势常数
式(21)出电动机三种调节转速方法：
(1)调节电枢供电电压 U
(2)减弱励磁磁通 F
(3)改变电枢回路电阻 R
三种调速方法性较
求定范围级滑调速系统说调节电枢供电电压方式改变电阻级调速减弱磁通然够滑调速调速范围配合调压方案基速（电机额定转速）作范围弱磁升速
动控制直流调速系统调压调速
直流调速系统控制方案较常开环控制转速负反馈闭环控制双闭环控制
23 开环直流调速系统
系统原理图图21示
图21 开环控制直流调速系统
图21 示开环调速系统调节控制电压改变电动机转速果负载生产工艺运行时静差率求高样开环调速系统实现定范围级调速找途
龙门刨床常常静差率定求毛坯表面粗糙加工时负载波动保证工件加工精度加工表面光洁度加工程中速度必须基稳定说静差率太热连轧机机架轧辊分单独电机拖动钢材架连续轧制求机架出口速度保持严格例关系轧金属秒流量相等致造成钢材起拱拉断情况开环调速系统满足求
24 开环直流调速系统
根动控制原理反馈控制闭环系统调量偏差进行控制系统调量出现偏差会动产生纠正偏差作
调速系统转速降落正负载引起转速偏差显然引入转速闭环调速系统应该够减少转速降落
图 22 转速负反馈闭环调速系统
转速负反馈闭环直流调速系统静特性方程式：
(22)
系统精度赖定反馈检测精度
n 定精度——定决定系统输出输出精度然取决定精度
果产生定电压电源发生波动反馈控制系统法鉴定电压正常调节应电压波动高精度调速系统必须更高精度定稳压电源
n 检测精度——反馈检测装置误差反馈控制系统法克服检测精度决定系统输出精度
较开环系统机械特性闭环系统静特性
(1)闭环系统静性开环系统机械特性硬
(2)果较开环闭环系统闭环系统静差率
(3)求静差率定时闭环系统提高调速范围
(4)取述三项优势K 足够闭环系统必须设置放器
闭环系统够减少稳态速降实质动调节作着负载变化相应改变电枢电压补偿电枢回路电阻压降
25 直流双闭环调速系统
转速电流双闭环控制直流调速系统应广性直流调速系统获良静动态性转速电流两调节器般采P I调节器样构成双闭环直流调速系统电路原理图图23示
图23 转速电流双闭环直流调速系统结构
ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机
TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器
图23中转速调节器输出作电流调节器输入电流调节器输出控制电力电子变换器UPE闭环结构电流环里面称作环转速环外边称作外环形成转速电流双闭环调速系统
251 系统静特性
双闭环直流调速系统静态结构图图24
图24 双闭环直流调速系统稳态结构图
双闭环直流调速系统静特性图25 示
n0
Id
Idnom
O
n
A
B
C
图25 双闭环直流调速系统静特性
系统静特性分析：正常运行时电流调节器会达饱状态静特性说转速调节器饱饱两种情况
①转速调节器ASR饱： CA段静特性理想空载状态直延续 般额定电流 静特性运行段水特性
②转速调节器ASR饱：时ASR输出达限幅值转速外环呈开环状态转速变化系统产生影响双闭环系统变成电流静差单电流闭环调节系统
n 双闭环调速系统静特性负载电流时表现转速静差时转速负反馈起调节作
n 负载电流达转速调节器饱电流调节器起调节作系统表现电流静差电流动保护
样静特性显然带电流截止负反馈单闭环系统静特性
252 系统动态特性
U*n
+
a
Uc
IdL
n
Ud0
Un
b
+
Ui
WASR(s)）)
WACR(s)
Ks
Tss+1
1R
Tl s+1
R
Tms
U*i
Id
1Ce
+
E
系统动态结构图图26示
图26 双闭环直流调速系统动态结构图
1双闭环直流调速系统起动程三特点：
①饱非线性控制根ASR饱饱整系统处完全两种状态：
1）ASR饱时转速环开环系统表现恒值电流调节单闭环系统
2）ASR饱时转速环闭环整系统静差调速系统电流环表现电流动系统
②转速超调ASR采饱非线性控制起动程结束进入转速调节阶段必须转速超调ASR输入偏差电压负值ASR退出饱样采PI调节器双闭环调速系统转速响应必然超调
③准时间优控制起动程中阶段恒流升速阶段特征电流保持恒定般选择电动机允许电流便充分发挥电动机载力起动程快阶段属限制条件短时间控制整起动程作准时间优控制
应该指出逆电力电子变换器双闭环控制保证良起动性产生回馈制动制动时电流降零停车必须加快制动时采电阻耗制动电磁抱闸
2动态抗扰性分析
般说双闭环调速系统具较满意动态性调速系统重动态性抗扰性抗负载扰动抗电网电压扰动性
①动态结构图26中出负载扰动作电流环转速调节器ASR产生抗负载扰动作设计ASR时求较抗扰性指标
②双闭环系统中增设电流环电压波动通电流反馈较时调节必等影响转速反馈回抗扰性改善双闭环系统中电网电压波动引起转速动态变化相单闭环系统
综见直流双闭环调速系统控制性相前两种方式优秀实际调速系统中广泛应
双闭环直流调速系统实现方式分三种：模拟式数字式数模混合式
253 模拟式双闭环直流调速系统
原理图图27示
图27 模拟式双闭环直流调速系统电路原理图
特点：调节器均运算放器实现具物理概念清晰控制信号流直观等优点控制规律体现硬件电路器件线路复杂通性差控制效果受器件性温度等素影响
254 数字式双闭环直流调速系统
微处理器核心数字控制系统简称微机数字控制系统硬件电路标准化程度高制作成低受器件温度漂移影响控制软件够进行逻辑判断复杂运算实现般线性调节优化适应非线性智化等控制规律更改起灵活方便总微机数字控制系统稳定性性高提高控制性外拥信息存储数通信障诊断等模拟控制系统法实现功
计算机处理数字信号模拟控制系统相微机数字控制系统特点离散化数字化
离散化数字化结果导致时间量值连续性引起述负面效应：
（1）AD转换量化误差：模拟信号穷数值数码总限数码逼模拟信号似会产生量化误差影响控制精度滑性
（2） DA转换滞效应：计算机运算处理输出数字信号必须数模转换器DA保持器转换连续模拟量放驱动控象保持器会提高控制系统传递函数分母阶次系统稳定裕量减甚会破坏系统稳定性
着微电子技术进步微处理器运算速度断提高位数断增加述两问题影响已越越
微机数字控制系统特点负面效应需系统分析中引起重视系统设计中予解决
电路
微机控制电路
~
U*n
Un
Ui
U*i
Uc
图28 数字式双闭环直流调速系统
图28示数字装置中计算机软硬件实现功 计算机控制系统系统特点：
1）双闭环系统结构采微机控制
2）全数字电路实现脉触发转速定检测
3）采数字PI算法软件实现转速电流调节
255 数模混合控制系统
实际图28示模拟数字混合控制系统综合模拟控制系统数字控制系统特点：
1）转速采模拟调节器采数字调节器
2）电流调节器采数字调节器
3）脉触发装置采模拟电路
综清楚三种控制策略优缺点基龙门刨床直流电动机控制性求采双闭环直流调速系统达求动态性静态性双闭环直流调速系统实现方式面模拟式数字式数模混合式特点终选择模拟式双闭环直流调速系统次设计方案模拟式双闭环直流调速系统
第三章 直流双闭环调速系统设计
章具体介绍直流双闭环调速系统硬件实现首先总体介绍系统实现基思想然分析设计系统模块单元
31 系统总体概述
根四辊逆式冷轧机卷取机直流调速系统设计求采取设计方案系统原理图图31示
采晶闸—电动机调速系统V—M系统V晶闸控整流器单相三相相半波全波半控全控等类型通调节触发装置GT控制电压移动触发脉相位改变整流电压Ud实现滑调速采调压调速方式实现级基速调速
晶闸—电动机调速系统控制作时间毫秒级完全满足系统动态性求技术较成熟成套设备成较低设计相容易
图31 系统原理框图（页）
GJ―――信号定单元 ASR――速度调节器 DZS――零速封锁单元
AZR——张力调节器 RC电路——压保护 DLC――逻辑控制器
BS――速度变化速度反馈 ACR――电流调节器 AR――反号器
DPZ――零电流检测器 DPT――转矩极性鉴器 VDR——压敏电阻
CTMT――三相集成触发电路脉分配脉放电路
BC――电流变换电流反馈流保护
32 电路设计
电路稳定安全运行直接影响整系统性保证逆冷轧机卷取机系统具稳定正反运行特性需设计逆调速系统采六晶闸构成三相桥式整流电路反联装置解决电动机正反转运行回馈制动问题实现方式图32示
图32 电路框图
系统供电穷电网电压三相变压器变220V通系列熔断器等保护措施输入桥式整流电路进直流电机装置供电
变压器绕组采 △Y接法 具体方法见电路变压器参数计算
电路保护措施尤重设计重保护电路成必电路图33示
图33 系统供电框图
起动开关电路里面设置锁回路控制电路中发现电流电路常闭开关KM跳开保护整系统KM跳开失败电流段时间快速熔断器受热熔化电路跳开避免烧坏电机等设备框图中起动开关KM部分电路图图34示
图34 起动开关电路图
321 整流变压器选择
1阀侧相电压
变流变压器直流调速系统中种关键设备阀侧相电压选择否适合影响系统性重素电压选高会变压器容量必加造成浪费会增加运行中功功率选低影响系统工作性电动机高转速达设计求通常计算时考虑三素：
⑴．电网电压波动般规定允许低电网电压考虑
⑵．电流变化时产生压降般工作电流考虑
⑶．延迟角防止逆变器颠覆合理选择超前角
选取必须相适应般取
采三相桥式整流电路带转速反馈调速系统时般述公式估算：
逆系统： (31)逆系统： (32)
式中电动机额定电压
取
2阀侧相电流
变流变压器阀侧相电流式计算：
(33)
中（三相桥式）
变压器容量：
(34)取
322 整流电路晶闸选择
(1) 额定断态重复峰值电压反重复峰值电压
采三相桥式整流电路晶闸承受反电压：
(35)晶闸阴极间正电压：
(36)
考虑安全余量电压定额：
取1700V
(2) 电流定额
晶闸种具较少热惯性元件中保证条件晶闸高工作结温超允许额定结温选晶闸应留定功率裕量额定电流(通态均电流)应高受控电路工作电流1．5～2倍
整流电路电感足够整流电流连续时三相桥式整流电路晶闸额定电流：
(37)
取520A
323 整流晶闸保护
整流晶闸保护流保护电流变化（）快电压（）变化快
(1)限制电压升率电流升率系统加入桥臂电抗器桥臂电抗器采空心电抗提高电感量电抗器安置铁氧磁棒
(2)快速熔断器作流保护
晶闸流保护方式脉移相先留保护直流快速断路器保护快速熔断器保护等中快速熔断器流保护晶闸电路中较普遍选择晶闸串联快速熔断器额定电流应公式计算选取数值
晶闸额定电流200A时式中快速熔断器额定电流晶闸额定电流
晶闸额定电流200A时式中晶闸通态均电流
该龙门刨床电机额定电流305A
(38)
桥臂快熔额定电流取820A
选择桥臂快熔型号：
324 电流互感器选择
交流变压器副方电流248A选LMZ05型额定电流400A做计量保护
325 波电抗器选择
求电流连续时电感 (39)
中电动机额定电流5~10
：
波电抗器电感量般低速轻载时保证电流连续条件选择通常首先确定电流（A单位）利计算须总电感量（mH单位）然减电枢电感波电抗器电感值取Ld＝6mH
326 保护电路选择作
①压敏电阻：取压敏电阻型号：MY3110005
②交流接触器KM1型号：CJ105
③电压保护：RC网络RCD抑制电压RC电压抑制电路接供电变压器两侧（通常供电网侧称网侧电力电子侧称阀侧）电力电子电路直流侧容量电力电子装置采反阻断式RC电路
④电流保护：般采快速熔断器直流快速断路器电流继电器等措施通常电子电路作第保护措施快速熔断器仅作短路时部分区段保护直流快速断路器整定电子电路动作实现保护流继电器整定载时动作
⑤缓电路（吸收电路）：作抑制电力电子器件电压者电流减少器件开关损耗
33 速度环电流环设计
电流环速度环双闭环直流调速控制系统核心两环品质直接关系调速系统性指标设计环方法选择常工程设计方法现代电力拖动控制系统中电机外惯性电力电子器件集成电路等组成合理简化处理整系统般似低阶系统进熟悉典型系统基结构参数性指标关系已事先找具体选择参数时须现成公式表格中数计算样设计方法规范化减少设计工作量
331 直流双闭环系统设计方法
1系统动态结构分析
IdL
Ud0
Un
+
+
Ui
ACR
1R
Tl s+1
R
Tms
U*i
Uc
Ks
Tss+1
Id
1
Ce
+
E
b
T0is+1
1
T0is+1
ASR
1
T0ns+1
a
T0ns+1
U*n
n
电流环
图35 双闭环调速系统动态结构图
双闭环调速系统实际动态结构图图35示前述图26处增加滤波环节包括电流滤波转速滤波两定信号滤波环节中：
— 电流反馈滤波时间常数
— 转速反馈滤波时间常数
直流双闭环调速系统中速度调节器电流调节器作结点：
速度调节器作：
(1)转速调节器调速系统导调节器转速 n 快定电压变化稳态时减转速误差果采PI调节器实现静差
(2)负载变化起抗扰作
(3)输出限幅值决定电机允许电流
电流调节器作：
(1)作环调节器外环转速调节程中作电流紧紧定电压（外环调节器输出量）变化
(2)电网电压波动起时抗扰作
(3)转速动态程中保证获电机允许电流加快动态程
2系统设计步骤
系统设计般原： 先环外环
环开始逐步外扩展里首先设计电流调节器然整电流环作转速调节系统中环节设计转速调节器
(1)选择调节器结构系统典型化满足稳定稳态精度
电流调节器结构选择：
l 稳态求希电流静差理想堵转特性采 I 型系统够
l 动态求实际系统允许电枢电流突加控制作时太超调保证电流动态程中超允许值电网电压波动时抗扰作次素电流环应性应选典型I型系统
转速调节器结构选择：
实现转速静差负载扰动作点前面必须积分环节应该包含转速调节器 ASR 中现扰动作点面已积分环节转速环开环传递函数应两积分环节应该设计成典型 Ⅱ 型系统样系统时满足动态抗扰性求
(2)设计调节器参数满足动态性指标求
(3)调节器工程实现
3相关参数计算
已知设备参数：
电机参数：电流载倍数
电枢回路总电阻
飞轮力矩惯量
电枢回路电磁时间常数
电流反馈系数（ASR限幅值取10V）
速度反馈系数
变流装置采三相桥式整流电路晶闸触发整流装置放倍数
整流装置滞时间常数附录表中种整流电路形式失控时间三相桥式电路均失控时间
电流滤波时间常数Toi三相桥式电路波头时间33ms基滤波头应（1~2）Toi333ms取Toi2ms002s
转速滤波时间常数Ton根测速发电机纹波情况取Ton001s
电流环时间常数时间常数似处理取
系统固部分参数计算
（1）电动机电动势常量
(310)
（2）电动机转矩常量
(311)
（3）转速惯量
(312)
（4）机电时间常数
(313)
表31：调节器参数设计便查表
参数
数值
参数
数值
额定功率PNkw
60
电动势常量Ce
01263
额定电压UNV
220
机电时间常数Tms
03413
额定电流INA
305
整流装置滞时间常数Tss
00017
额定转速nNrpm
1500
电流滤波时间常数Tois
0002
电枢电阻Ra
01
转速滤波时间常数Tons
001
载倍数
2
速度反馈系数
00067
电枢回路总电阻Ra
02
电流反馈系数
002
电磁时间常数Tls
003
电动机转矩常量Cm
12064
332 电流调节器设计
1． 电流环框图建立化简
转速定信号响应时间较电流定信号响应时间长（~十倍）计算电流动态响应时电动机转速成恒量恒量动态分量起作简化起见反电势略
定滤波反馈滤波两环节等效移环时定信号改成：电流环非单位负反馈等效变换成单位负反馈系统图36(a)示
(0002)(00017)较(00222)前两者构成惯性环节合图36(b)示中
2． 电流调节器设计
（1）确定系统类型
36 (a) 电流环结构图简化
36 (b) 校正电流环动态结构图
电流环校正成典I系统校正成典II系统应根生产机械求定般抗扰性求特严格时均采典I系统设计现电流环校正成典I系统
（2）电流调节器选择
显然欲校正成典I系统电流调节器应选PI调节器传递函数
(314)
（3）电流调节器参数选取
① 确定时间常数
查表知
i 整流装置滞时间常数
ii 电流滤波时间常数
② 计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：二阶佳系统设计取电流开环增益：求电流超调量取
(315)
ACR例系数：
(316)
③ 校验似条件
电流环截止频率： (317)
（1） 晶闸整流装置传递函数似条件
(318)
满足似条件
（2） 忽略反电动势变化电流环动态影响条件
(319)
满足似条件
（3） 电流环时间常数似处理条件
(320)
满足似条件
④ 计算电流调节器电阻电容
取调节器输入电阻
(321)
取
(322)
取
(323)
取
333 速度调节器设计
1 速度环框图建立化简
37 等效成单位负反馈系统惯性似处理
简化速度环框图图37示非单位负反馈变换成单位负反馈系统两惯性环节合
2 速度调节器设计
（1）确定系统类型
速度环校正成典I系统校正成典II系统应根生产机械求定数调速系统速度环典II系统进行设计现速度环校正成典II系统
（2）速度调节器选择
显然欲校正成典II系统速度调节器应选PI调节器传递函数
38 校正典型 II 型系统
3 速度调节器参数选取
（1） 确定时间常数
1） 电流环时间常数
(324)
2）转速滤波时间常数根前面分析取
3）转速环时间常数时间常数似处理取
(325)
（2） 三阶佳系统设计取
求转速开环增益：
(326)
进ASR例系数：
(327)
（3） 检验似条件
转速环截止频率：
1) 电流环传递函数简化条件
满足简化条件
2) 转速环时间常数似处理条件
满足简化条件
（4） 计算调节器电阻电容
取调节器输入电阻
(328)
取
(329)
取
(330)
取
⑤ 校核转速超调量
h＝5时电力拖动动控制系统—运动控制系统中表26查满足设计求实际表26现行系统计算突加阶跃定时转速调节器ASR饱符合线性系统前提应该ASR退饱情况重新计算超调量
设理想空载起动时负载系数前面计算数知：h＝5时电力拖动动控制系统—运动控制系统中表27查
(334)
见满足设计求
双闭环直流调速系统理设计基完成步设计控制系统实验室进行安装调试
34 系统功单元分析
面设计控制系统部分完整控制系统包括定反馈保护甚逻辑单元等面简设计解释系统模块单元
341 定单元GJ
G定单元模拟电路组成包含三级放器第级高倍放器第二级积分器RC积分输出电压变斜坡信号负相定方相反积分变化率通调节电位器RP改变积分快慢通调节RC控制级反器
342 逻辑控制器DLC
逻辑控制环节DLC实现环流系统中关键环节系统工作状态指挥系统进行正反组动切换输出信号控制正组触发脉封锁开放控制反组触发脉封锁开放结构分逻辑控制延时控制考虑换组运行参考转矩极性电流否零DLC输入信号转矩极性电流状态
DLC逻辑：正运行：VF整流开放VF封锁VR反制动：VF逆变开放VF封锁VR反运行：VR整流开放VR封锁VF正制动：VR逆变开放VR封锁VF
343 零电流检测单元DPT转矩极性单元DPZ
转矩极性检测单元零电流检测单元结构实现电路方面完全相回滞较器功：零转矩检测单元检测转矩正负极性零电流检测单元检测电流否零具体参数特性曲线
344 零速封锁单元DZS
定信号零时电动机应动然调节器存零点漂移导致电动机爬行确保零位时电动机会爬行定调节器严格锁零通控制场效应调节器输出输入间短接
345 反号器AR
电流反馈信号极性总+系统采电流调节器保证电流环电流负反馈环实现负反馈控制必须采反号器AR逻辑DLC两相反端信号分控制电流定信号电流反馈永远负反馈
346 电流变换电流反馈BC
3型号（5A03A）交流电流互感器LH接成星型接法三相桥式整流变成极性变直流电压分路送出：
a）流推β信号流跳闸控制信号
b）DPZ零电流输入信号Uio
c）电流反馈信号UIF（Ui）
中电磁开关J1回路级保护开关出现电流时常闭开关J1电跳开回路起保护整电路作
347 晶闸触发单元CT脉放电路MT三相移相触发器
处采TC787A型芯片目前国市场广泛流行TCA785KJ(KC)系列移相触发集成电路换代产品TCA785KJ(KC)系列集成电路相具功耗功强输入阻抗高抗干扰性移相范围宽外接元件少等优点装调简便需样集成电路完成3TCA7851KJ0411KJ0425KJ(3KJ0041KJ0411KJ042)(KC)系列器件组合具三相移相功然脉放脉门MT触发三相全控桥晶闸
三相移相触发器两路输入信号路三相交流步电源保证电路交流电压触发脉保持步正确触发相晶闸路脉移动控制信号控制触发器脉发出时刻达控制晶闸触发角目
根消系统静态环流动态环流必须时刻允许开放组晶闸脉组晶闸脉严格封锁达目电路设计两模拟电子开关脉门MT1MT2逻辑控制器根系统工作情况正确发出指令（）接通脉门时切断脉门
第四章 系统实验调试
41 系统实验调试概述
实验目：
1）熟悉掌握逻辑环流逆调速系统调试方法步骤
2）通实验分析研究系统动静态特性研究调节器参数动态品质影响
3）通实验提高身实际操作技培养分析解决问题力
实验容：
1 控制单元调试
2 整定电流反馈系数转速反馈系数整定电流保护动作值
3 测定开环机械特性高低时速静特性
4 闭环控制特性测定
5 改变调节器参数观察记录电流速度起动制动时动态波形
技术指标：
（1） 电流超调量记录关参数影响
（2） 转速超调量记录关参数影响
（3） 示波器测定：系统起动制动正转反转渡时间
（4） 稳态转速静差
实验调试步骤：
1双闭环逆调速系统调试原：
① 先单元系统
② 先开环闭环
③ 先环外环
④ 先单（逆）双（逆）
2系统开环调试
（1）系统相位整定：
定相分析：定相目根相晶闸导电范围触发器出触发脉确定触发器步电压应回路电压间正确相位关系必须根触发器结构原理变压器接线组确定步变压器接线组
42 触发器整定
（1）先DJK02触发脉指示开关拨窄脉位置合DJK02中电源开关示波器观察A相B相C相三相锯齿波分调节应斜率调节器三相锯齿波斜率致
（2）观察DJK02中VT1～VT6孔六双窄脉间隔均匀相位间隔60度
（3）触发器移相控制特性整定：
图41示系统求时电机应停止动调整偏移电阻
图41 触发器移相控制特性
测时应值该值作整定ACR输出正限幅值测时应值该值作整定ACR输出负限幅值
43 系统开环运行特性测试
（1）高速特性测试：
逐步增加定电压电动机启动升速调节Ug(Uct)灯箱开关(改变RG)电机电流转速定Uct保持变做高速特性表41示
改变RG负载电流23A降记录应转速整流电压测出高速时开环机械特性
表41 电机高速特性
Id
23
21
17
1
Ud (V)
288
287
288
293
n(rmin)
1420
1430
1490
1510
（2）低速特性测试：
调节Ug（Uct）RG电机电流Id＝IN＝08A电机然旋转转速n＝100rpm左右测低速特性表42示
表42 电机低速特性
Id（A）
09
08
07
05
Ud (V)
n(rmin)
150
155
190
280
44 系统单元调试
1．电流调节器ACR调试
先切断电路励磁电源开关切断DJK02中电源开关合电源总开关DJK04中电源控制开关DJK04中电源控制开关DJK04中定电位器逆时针调零位定Uct0V
ACR接成例调节器定Uct0V调节放器调零电位器RP4输出0V定Ug正信号输出应负调节负限幅电位器RP2输出限制触发器移相控制角βmin＝30°应－Uctm值＝－3V 定Ug继续增值变
定Ug负信号输出应正调节负限幅电位器RP1输出限制触发器移相控制角αmin＝30°应Uctm值＝3V 定Ug继续增值变
2．速度调节器ASR调试
调试方法ACR调试方法输出正负限幅值
3．反相器AR调试
输出定单元输出直接输入AR输入端万表测量输入输出特性应满足式(41)
（41）
4．逻辑控制单元调试
①电检测调试
a）．转矩极性鉴器DPT调试
输入定单元输出直接接DPT输入端万表示波器观察输出
先检测回环宽度（05V左右）调节电位器RP1回环宽度称坐标特性图(42)
图42 入—回环特性图
b) ．零电流监测器DPZ调试
输入定单元输出直接接DPZ输入端万表示波器观察输出
先检测回环宽度（05V左右）调节电位器RP3回环图(43)示
图43 DPZ特性
②逻辑控制器DLC调试
DLC两输入端：求两输入端时1态0态信号直接输入定单元输出端获1态输入定单元输出端获0态输入端直接插GND
测试逻辑功逻辑功真值表应表43示
表43逻辑功真值表
输入
Um
1
1
0
0
0
1
Ui
1
0
0
1
0
0
输出
Uz
0
0
0
1
1
1
Uf
1
1
1
0
0
0
6 系统整体调试
(1) 合保护电路开关电动机励磁开关控制电源开关合直流调速电源开关
(2) 系统动态波形观察性指标分析
① 闭环机械特性测定：先系统停发电机输出接灯箱调节灯数速度定定变调节灯亮数降测出高速机械特性
低速机械特性仿开环系统 方法进行
表44系统机械特性
21
2
14
09
1
09
06
04
1340
1350
1380
1420
250
250
250
250
② 调节灯亮数左右观察系统原始突加正起动正运行突正停车转速电流波形
(3) 测试系统扰动信号抵抗力
电机起动稳态情况先左右
① 突加负载（）示波器观察电动机转速变化情况
② 突降负载（）样示波器观察电动机转速变化情况
第五章 总结展
龙门刨床控制系统设计中文采速度电流双闭环方法转速进行控制通逻辑控制单元控制象——晶闸选择性导通实现刨床直流电动机环流逆调速实验室进行设计验证获较调速效果
51 调试心体会
调试程中万表双线示波器电路进行观察测量通测量电流电压观察波形变化效找问题
调试程中遇意想问题通老师请教研究摸索解决问题收获现简略说明：
1．模块调试整体调试相结合
先分模块调试整体调试提高调试效率出现问题时排相关模块干扰分析问题简单化时积累调试验联合调试快速解决问题基础
2．调试三相移相触发控制单元注意先进行校正
刚开始时候调试出波形斜率总法调成致询问老师知调斜率时首先校正致
3． 线路接开始试运行时电动机总动
第次连接电流开环电路时接通电源电机总没反应试运行次没成功学提示整流装置输出端口进行测试发现输出端没电流电机然会转动判定接线出现问题仔细检查发现电动机串联电抗器接线错误调换接线端口次开启电源着定断加电动机嗡嗡声逐渐变成熟悉转子飞速转动声音时刻兴奋舒畅
4． 正确定起动电机
调试完电流环调试速度环时候发现电机起动起初接线出现问题仔细检查速度调节器接线始终没发现错误掉速度环定直接接电流环时电机起动确定速度环接入引起问题接线没错误顿时知措停检查线路次回课静静思考发现问题出定单元接入速度环定应该正定电流环负定调试环节定时改变
52 设计调试结
实验室现设备条件设计直流双闭环调速系统满足龙门刨床控制系统求性指标：
1
2稳态时转速静差
3够快速起动制动
进行实验调试时间限加实验室提供系统部分完全理解步骤部班进行调试没出现误差时跳该步骤系统终运行时高速性较够快速达较高转速低速时出现转速跳动
53 电力拖动动控制系统展
文通逻辑控制单元降低双闭环调速系统复杂性中出集成电路甚微控制器降低电路系统复杂性时提高系统精确性快速性稳定性降低系统检测维修难度文探讨容取结目前集成电路微控制器电力拖动动控制系统应状况进步展开研究工作：
1系统模拟单元数字单元取代降低系统规模
2PI算法然具较动态性参数调节始终PI调节重点难点更复杂性求更高控制系统考虑先进控制算法智控制算法等
3 前两者基础智集成电路越越应电力拖动动控制系统中方面研究会意义
附录
附录：种整流电路失控时间
表 种整流电路失控时间（f50Hz）
整流电路形式
失控时间
均失控时间
单相半波
20
10
单相全波
10
5
三相半波
667
333
三相桥式六相半波
333
167
附录二：龙门刨床双闭环直流调速系统原理图附件
中nan学
参考文献
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