电力拖动自动控制系统课程设计

附件1：

课程设计

题目直流双环系统（二）的设计及仿真分析

（五）

学院自动化学院

专业电气工程及其自动化

班级1002班

姓名宋幸航

指导教师刘芙蓉

年月日

附件2：

课程设计任务书

学生姓名： 宋幸航 专业班级： 电气1002班 指导教师： 刘芙蓉 工作单位： 自动化学院

题 目: 直流双环系统（二）的设计及仿真分析（四） 初始条件：

有一转速、电流双闭环控制的H 形双极式PWM 直流调速系统，电动机参数为：

200,48, 3.7,200/min N N N N P W U V I A n r ====，电枢电阻 6.5a

R

=Ω，电枢回路总电阻8R =Ω，允许电

流过载倍数2λ=，电势系数0.12min/e C V r =?，电磁时间常数0.015l T s =，机电时间常数

0.2m T s =，电流反馈滤波时间常数0.001oi T s =，转速反馈滤波时间常数0.005on T s =，调节器输

入输出电压**10nm im cm U U U V ===，调节器输入电阻040R k =Ω，电力晶体管的开关频率

1f kHz =，PWM 环节的放大倍数 4.8s K =。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

试对该系统进行动态参数设计。设计指标：稳态无静差，电流超调量5%i σ≤；空载起动到额定转速时的转速超调量20%n σ≤，过渡过程时间0.1s t s ≤。画出系统结构框图并计算：

(1) 电流反馈系数β和转速反馈系数α；

(2) 设计电流调节器，计算电阻和电容的数值（取040R k =Ω）； (3) 设计转速调节器，计算电阻和电容的数值（取040R k =Ω）；

（4）让电机带载（2dL I n ∝，风机泵类负载）启动到额定转速，观察并录下电机的转速、电流等 的波形，并进行分析。

时间安排：2013.5.22 布置课程设计题目

2013.5.23 - 5.28 完成课程设计

2013.5．29 - 5.30 撰写课程设计报告

2013.5.31 答辩并上交报告

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

摘要

本文首先分析了单闭环调速系统所存在的问题，即不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。为了在起动过程中: 只有电流负反馈, 没有转速负反馈。达到稳态后: 转速负反馈起主导作用; 电流负反馈仅为电流随动子系统在原（转速）单闭环直流调速系统中再添加“电流”负反馈，就构成了转速电流双闭环直流调速系统

本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，详细介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数指标。

并利用MATLAB进行仿真，让电机满载启动到额定转速，稳定运行后电动机磁场减少一半，观察并录下电机的转速、电流等的波形，并进行分析。

关键词：直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器MATLAB

目录

摘要............................................................................................................................................. I V 1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性.. (1)

1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成 (1)

1.2 稳态结构框图和静特性 (2)

1.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (4)

2转速电流双闭环直流调速系统调节器的工程设计 (4)

2.1转速和电流两个调节器的作用 (4)

2.2调节器的工程设计方法 (5)

2.2.1设计的基本思路 (5)

2.2.2电流调节器的设计 (6)

2.2.3 转速调节器的设计 (7)

2.2.4 转速调节器退饱和时转速超调量的计算 (9)

3 任务要求及计算 (9)

3.1 α和β的计算 (10)

3.2电流环参数的设计： (10)

3.3 转速环参数设计： (11)

4 系统仿真与分析 (13)

4.1系统仿真原理图 (13)

4.2转速、波形图与分析 (14)

结束语 (16)

参考文献： (17)

直流双环系统的设计及仿真分析

1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性

采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。这主要是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。在单闭环直流调速系统中,电流截止负反馈是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流

I值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不

dcr

能很理想的控制电流的动态波形。

在起动过程中，始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值

I的

dm

恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接，如图1-1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的原理图如图1-2所示。图中标出了两个调节器输入输出的实

U为正

际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压

c

算放大器的倒相作用。图中还表示了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR

的输出限幅电压im U 决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。

图1-1 转速、电流双闭环直流调速系统 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1-2 双闭环直流调速系统电路原理图

+

-

1.2 稳态结构框图和静特性

稳态结构图，如图1-3。当调节器饱和时，输出为恒值，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电压U ?在稳态时总是零。在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。

图1-3 双闭环直流调速系统的稳态结构框图

α-转速反馈系数 β-电流反馈系数

1转速调节器不饱和

稳态时，0*

n n U U n n αα===、d i i I U U β==*，βα,——转速和电流反馈系数。 0*n U n n

==

α

，图2-5静特性的CA 段。dm d I I <，CA 段静特性从理想空载状态的0=d I 一直

延续到dm d I I =，而dm I 一般都是大于额定电流dN I 的。这就是静特性的运行段，它是水平的特性。

2转速调节器饱和

ASR 输出达到限幅值*

im U ，转速外环呈开环状态，成电流无静差的单电流闭环调节系统。

稳态时dm im

d I U I ==

β

*

， dm I 为最大电流。静特性是书图2-5中的AB 段，它是垂直的特性。

这样的下垂特性只适合于0n n <的情况，因为如果0n n >，则*

n n U U >，ASR 将退出饱和状

态。

双闭环调速系统的静特性在负载电流小于dm I 时表现为转速无静差，转速负反馈起主

要调节作用。当负载电流达到dm I 时，对应于转速调节器的饱和输出*

im U ，这时，电流调节

器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。

1.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算

当两个调节器都不饱和时，0*

n n U U n n αα===、dL d i i I I U U ββ===*、s

dL n e s d e s d c K R

I U C K R I n C K U U +=

+==α/*0。 转速n 由给定电压*

n U 决定的，ASR 的输出量*i U 是由负载电流dL I 决定的，而控制电压c U 的大小则同时取决于n 和d I ，或者说，同时取决于*n U 和dL I 。

P 调节器的输出量总是正比于其输入量，而PI 调节器则不然，PI 调节器未饱和时，其输出量的稳态值是输入的积分，最终使PI 调节器输入为零，才停止积分。

转速反馈系数max *n U nm =α，电流反馈系数dm

im

I U *

=β。

2转速电流双闭环直流调速系统调节器的工程设计

2.1转速和电流两个调节器的作用

1. 转速调节器的作用

（1） 转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快地跟随给定电压*

n U 变化,

稳态时可减小转速误差，如果采用PI 调节器，则可实现无静差。 （2） 对负载变化起抗扰作用。

（3） 其输出限幅值决定电机允许的最大电流。 2. 电流调节器的作用

(1)作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压*i U （即外环调节器的输出量）变化。

(2)对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

(3)在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。

(4)当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

2.2调节器的工程设计方法

必要性: 设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求。

可能性: 电力拖动自动控制系统可由低阶系统近似，事先研究低阶典型系统的特性，将实际系统校正成典型系统，设计过程就简便多了。建立调节器工程设计方法所遵循的原则是：

（1）概念清楚、易懂；

（2）计算公式简明、好记；

（3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向；

（4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式；

（5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。

2.2.1设计的基本思路

调节器的设计过程分作两步：

第一步，先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。

第二步，再选择调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。

在选择调节器结构时，采用少量的典型系统，它的参数与系统性能指标的关系都已事先找到，就使设计方法规范化，大大减少了设计工作量。

用工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器，先内环后外环。首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。双闭环调速系统的动态结构图图2-1，不同之处在于增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。

图2-1 双闭环调速系统的动态结构框图

2.2.2电流调节器的设计

1电流环结构图的化简

转速的变化往往比电流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即0≈?E 。把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成

β

)

(*s u i ，则电流环便等效成单位负反馈系

统。s T 和oi T 一般都比l T 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为oi s i T T T +=∑。 2 电流调节器结构的选择

电流环应以跟随性能为主，应选用典型I 型系统，应采用PI 型的电流调节器，其传递函数可以写成s

s K s W i i i ACR ττ)

1()(+=，i K —电流调节器的比例系数；i τ—电流调节器的超

前时间常数。

3电流调节器的参数计算

调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择l i T =τ，其中R

K K K i s i I τβ

=

。 希望电流超调量%5%≤i σ，可选ξ=0.707，5.0=∑i I T K ，i

ci I T K ∑=

=21

ω，

即)(22i

l s i s l i T T K R

T K R T K ∑∑==

ββ。

4电流调节器的实现

含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI 型电流调节器原理图示于图2-2。图中*i U 为电流给定电压，d I β-为电流负反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压c U 。 可以导出0

R R K i

i =

、i i i C R =τ、oi oi C R T 041=

图2-2 含给定滤波和反馈滤波的PI 型电流调节器

2.2.3 转速调节器的设计 1电流环的等效闭环传递函数

电流环经简化后可视作转速环中的一个环节，它的闭环传递函数)(s W cli

1

11

)1(1)1(/)()()(2*++=

+++==∑∑∑s K s K T s T s K s T s K s U s I s W I

I i

i I i I

i d cli β 忽略高次项，)(s W cli 可降阶近似为11

1)(+≈

s K s W I

cli ,近似条件i

I

cn T K ∑≤

31ω。

电流环在转速环中应等效为

111

)()

()(*+≈=s K s W s U s I I

cli i d β

β。

原来是双惯性环节的电流环控制对象，经闭环控制后，可以近似地等效成只有较小时间常数

I

K 1

的一阶惯性环节。这就表明，电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要功能。 2转速调节器结构的选择

把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成α/)(*

s U n ，再把时间常数

为

I

K 1

和on T 的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为n T ∑的惯性环节，on I

n T K T +=

∑1

。 为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR 中，在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型Ⅱ型系统。

ASR 也应该采用PI 调节器s

s K s W n n n ASR ττ)

1()(+=，n K —转速调节器的比例系数；n τ—

转速调节器的超前时间常数。 调速系统的开环传递函数为

)

1()

1()1()1()1()1()(22++=

++=+?+=

∑∑∑s T s s K s T s T C s R K s T s T C R

s s K s W n n N n m e n n n n m e n n n n τβτταβ

αττ 开环增益N K ，m

e n n N T C R

K K βτα=

。

3 转速调节器的参数计算

按照典型Ⅱ型系统参数关系，n n hT ∑=τ、2

221

n

N T h h K ∑+=，因此，n m e n RT h T C h K ∑+=αβ2)1(，一般以选择5=h 。

4转速调节器的实现

转速调节器参数与电阻、电容值的关系为0

R R K n n =

、n n n C R =τ、on on C R T 041

=。

2.2.4 转速调节器退饱和时转速超调量的计算

突加给定电压后，转速调节器很快就进入饱和状态，当转速上升到给定值*n 时，转速偏差电压变成负值，ASR 退出饱和,因此在起动过程中转速必然超调。不是按线性系统规律的超调，而是经历了饱和非线性区域之后的超调，称作“退饱和超调”。退饱和超调量不等于典型II 型系统跟随性能指标中的超调量。

ASR 饱和时，相当于转速环开环，电流是恒值dm I ，延续到*n n =时为止,退饱和初始条件:dm d I I n n ==)0(,

)0(*。

考虑实际转速与给定转速的差值*n n n -=?

典型II 型系统，在dm d I I =、*n n =稳定运行，突然将负载由dm I 减小到dL I ，转速会产生一个动态速升与恢复的过程，这样的突卸负载速升过程也就是退饱和转速超调过程。

在典型II 型系统抗扰性能指标中，C ?的基准值T FK C b 22=，退饱和转速超调n ?的

基准值m e dL dm n b T C I I RT n )(2-=?∑或m

n

N b T T n z n ∑?-=?)(2λ。

转速超调量n σ%，其基准值应该是*n ，经基准值换算后得

m

n N b b b n T T

n n z C C n n C C ∑??-?=??=*max *max )%)((2%)(

%λσ 外环的响应比内环慢，这是按上述工程设计方法设计多环控制系统的特点。这样做，虽然不利于快速性，但每个控制环本身都是稳定的，对系统的组成和调试工作非常有利。

3 任务要求及计算

初始条件：

有一转速、电流双闭环控制的H 形双极式PWM 直流调速系统，电动机参数为：

200,48, 3.7,200/min N N N N P W U V I A n r ====，电枢电阻 6.5a

R

=Ω，电枢回路总电阻8R =Ω，允许

电流过载倍数2λ=，电势系数0.12min/e C V r =?，电磁时间常数0.015l T s =，机电时间常数0.2m T s =，电流反馈滤波时间常数0.001oi T s =，转速反馈滤波时间常数0.005on T s =，调

节器输入输出电压**

10nm im cm U U U V ===，调节器输入电阻040R k =Ω，电力晶体管的开关

频率1f kHz =，PWM 环节的放大倍数 4.8s K =。

3.1 α和β的计算

由nom *im 10

U I V βλ==可知：35.1210

==nom

I β， 由nom nm n U α=*

可知：05.010

==

nom

n α 3.2电流环参数的设计：

1、确定时间常数:

因为kHz f 1=，所以取： s T s 001.0= 电流滤波时间常数：s T oi 001.0=

电流环小时间常数：s T T T oi s i 002.0=+=∑

2、选择电流调节器结构:

根据设计要求：电流超调量%5≤i δ，且

105.7002.0015.0<==∑

i l T T 电流环设计为典I 系统，选择PI 调节器，其传递函数为()s

s K s W i i i ACR ττ1

+= 3、选择电流调节器参数:

ACR 超前时间常数： s T l i 015.0==τ，

电流开环增益：要求电流超调量%5≤i δ，所以应取5.0=∑i i K T ，所以 250002.05

.05.0==∑

=

i I T K ACR 的比例系数为：63.48

.435.18

015.0250=???=?=s i I i K R K K βτ 4、校验近似条件:

电流环截止频率:=ci ω1s 250-=I K （1）晶闸管装置传递函数近似条件：s

ci T 31≤

ω ci s s T ω>=?=-13.333001

.03131，满足近似条件。 （2）忽略反电动势对电流环影响的条件：l

m ci T T 13

≥ω ci l m s T T ω<=?=-17.54015

.02.01

313

，满足近似条件。 （3）小时间常数近似处理条件：oi

s ci T T 1

31≤

ω

ci oi s s T T ω>=?=-13.333001

.0001.01

31131。满足近似条件。

5、调节器的电阻电容：因为Ω=K R 400，则

Ω=Ω?==K K R K R i i 2.1854063.40， 近似取 Ω=K R i 185

F F R C i

i

i μμτ81.001010

185015.06

3

=??=

=

，取F μ8.00 F F R T C oi oi μμ1.01010

40001

.044630=???==

。取F μ1.0 3.3 转速环参数设计：

1、确定时间常数:

电流环等效时间常数s T i 004.02=∑

转速滤波时间常数s T on 005.0=

转速环小时间常数s T T T on i n 009.02=+∑=∑

2、选择转速调节器结构:

由于设计要求无静差，且要求设计为典II 系统，转速调节必须含有积分环节;故ASR 选择

PI 调节器，传递函数为

s

s K s W n n n ττ1

)(ASR += 3、选择转速调节其参数:

按跟随和抗扰性能都较好的原则， 取h=5，则ASR 的超前时间常数为: s hT n n 045.0009.05=?=∑=τ

转速环开环增益:2

2

225.148109.00252621-=??=∑

+=

s T h h K n N

所以，ASR 的比例系数为:()4.509

.0085.0010.2

02.105.31621=??????=

∑

+=n

eT

n T hR C h K m

αβ

4、校验近似条件：

转速环截止频率：17.66045.05.1481-=?==s K n N cn τω （1）电流环传递函数简化条件：∑

≤

i

cn T 51

ω

cn i s T ω>=?=∑

-1100002.051

51，满足简化条件。 （2）小时间常数近似处理条件：on

i cn T T ∑

≤

21

31ω

cn on i s T T ω>=??=∑

-15.74005

.0002.021

312131，满足条件。

5、计算调节器的电阻和电容：Ω=K R 400

Ω=?==K 216404.50R K R n n ，可近似取ΩK 220 F F R C n

n

n μμτ20.01010

220045

.063

=??=

=

，取F μ20.0 F F R T C on on μμ5.01010

40005.0446

30=???==

，取F μ5.0 6、校验转速超调量：

m n

nom b n T T n

n z C C ∑??-??=*)(2%)(%max λδ

当h=5时，

%2.81%max =?b

C C ，而min 7.24612.08

7.3r C R I n e dnom nom =?=

=? 所以%20%0.182

.0009

.02007.24622%2.81%<=??

??=n δ，满足要求 4 系统仿真与分析

4.1系统仿真原理图

根据实验原理图和上文的参数计算结果在Matlab 软件环境下查找器件、连线，接成入图4-1所示的线路图。

图4-1 双闭环直流调速系统仿真原理图

4.2转速、波形图与分析

图4-2双闭环直流调速系统的转速仿真波形图

图4-3双闭环直流调速系统的电流仿真波形图

从上图仿真的波形可以看出，它非常接近于理论分析的波形。

从波形中也可以看出，在启动中转速调节器经历了不饱和，饱和，退饱和三种情况，整个动态过程分为三个阶段：电流上升阶段、恒流升速阶段、转速调节阶段。第一阶段突加电压，电枢电流迅速上升，速度调节器的输入很快达到限幅值。第二阶段，ASR始终饱和，转速环相当于开环，保持电流恒定，拖动系统恒加速，转速线形增加。第三阶段，当转速达到给定值之后，转速调节器和电流调节器的给定电压与反馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分作用，其输出还很大，所以出现超调。转速超调之后，转速调节器输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线形调节阶段，使速度恒定不变，实际仿真结果基本上符合理论分析。

转速调节器的作用是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差；它对负载变化起抗扰作用；其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

电流调节器的作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压变化；它对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。

在稳定运行后3秒钟，突然是电机的磁场减少一半，从图4-2中可以看出转速产生了

r，这是由于C减小了一半，所以额定速降会增大一个很大的阶跃，迅速上升到400min

U就会增大，电流下降，但是在电流环和转速环的积使转速上升，通过转速环反馈电压-

n

分调节下转速很快又稳定在额定转速和稳定电流。实现无静差调速。

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电气工程系课程设计标准评分模板

摘要 直流电动机是人类最早发明的和应用的一种电机，是生产和使用直流电能的机电能量转换机械，直流电动机具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，因此广泛应用于启动和调速要求的机械上。直流发电机可以作为各种直流电源。随着电子技术的发展， 可控硅整流电源在生产上的应用越来越广泛，大有取代直流发电机的趋势。反过来，由于利用了可控硅整流电源，使直流电源机的应用增加了一个有利因素，而配合直流电动机组成的调速系统也正在迅速发展。本文主要介绍他励直流电动机调速的有关方法及其参数设计。 关键字：直流电机调速串电阻参数设计

目录 1 引言 (1) 2 直流电动机的基本结构和工作原理 (2) 2.1 直流电动机的基本结构 (2) 2.1.1 定子（磁极） (2) 2.1.2 转子（电枢） (2) 2.2直流电机的励磁方式 (2) 2.3 直流电动机的工作原理 (3) 3 直流电动机的机械特性 (3) 3.1 固有机械特性 (3) 3.2 人为机械特性 (4) 4 他励直流电动机的调速 (4) 4.1 他励直流电动机电枢串电阻调速 (4) 4.2 他励直流电动机改变电枢电压调速 (5) 4.3 他励直流电动机改变励磁电流调速 (6) 5 直流电动机调速设计内容 (7) 6 结论 (9) 参考文献 (10)

电气传动课程设计报告-

电气传动课程设计 班级：06111102 姓名：古海君 学号：1120111573 其它小组成员： 余德本 梁泽鹏 王鹏宇 2014．10．2

摘要 本次课程设计要求设计并调试出直流双闭环调速系统。通过搭建电流环（内环）和转速环（外环）使系统稳态无静差，动态时电流超调量小于5%，并且空载启动到额定转速时的转速超调量小于10%。系统的驱动装置选用晶闸管，执行机构为直流伺服电动机。 本文首先明确了课程设计任务书，对其中的相关概念进行分析。之后对课题的发展状况进行调研，了解双闭环调速系统在现代工业中的应用意义和价值。然后对实验条件作了详细介绍，包括实验台各个组成部分以及实验设备的选型和工作原理。以上内容均为课程设计准备工作，之后重点记录了实验的测试、仿真和调试过程。其中，测试部分详细介绍了各个电机参数和系统参数测试方法和数据结果，并利用这些数据计算调节器的参数；仿真部分利用matlab软件通过已经求得的参数得出计算机仿真结果，并观察是否满足任务书要求；调试部分是核心，给出了现场调试全部过程并配以图片加以说明。文章最后给出测试结果从而

得出结论，并论述了实验注意事项并加以总结。 转速电流双闭环直流调速系统是性能优良，应用广泛的直流调速系统,，它可以在保证系统稳定性的基础上实现转速无静差，并且具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点。转速电流双闭环直流调速系统的控制规律、性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础，值得更加深入的学习研究。

目录 一、课程设计任务书 (1) 二、课题的发展状况研究意义 (1) 三、设备选型 (2) 四、实验台简介 (4) 五、参数测试 (7) 六、参数设计 (15) 七、系统调试 (18) 八、系统测试结果 (26) 九、实验室安全及实验过程注意事项 (27) 十、总结和心得体会 (28) 参考文献 (28) 附1：实验过程中遇到问题及解决方法 (29) 附2：小组分工，个人主要工作及完成情况 (30)

基于Matlab的电力电子技术课程设计报告

《电力电子技术》 课程设计报告 题目：基于Matlab的电力电子技术 仿真分析 专业：电气工程及其自动化 班级：电气2班 学号：Z01114007 姓名：吴奇 指导教师：过希文 安徽大学电气工程与自动化学院 2015年 1 月7 日

中文题目 基于Matlab 的电力电子技术仿真分析 一、设计目的 （1）加深理解《电力电子技术》课程的基本理论； （2）掌握电力电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力； （3）学习Matlab 仿真软件及各模块参数的确定。 二、设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： （1）根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，设计电路原理图； （2）利用MATLAB 仿真软件绘制主电路结构模型图，设置相应的参数。 （3）用示波器模块观察和记录电源电压、控制信号、负载电压、电流的波形图。 三、设计内容 （1）设计一个降压变换器（Buck Chopper ），其输入电压为200V ，负载为阻感性带反电动势负载，电阻为2欧，电感为5mH ，反电动势为80V 。开关管采用IGBT ，驱动信号频率为1000Hz ，仿真时间设置为0.02s ，观察不同占空比下（25%、50%、75%）的驱动信号、负载电流、负载电压波形，并计算相应的电压、电流平均值。 然后，将负载反电动势改变为160V ，观察电流断续时的工作波形。（最大步长为5e-6，相对容忍率为1e-3，仿真解法器采用ode23tb ） （2）设计一个采用双极性调制的三相桥式逆变电路，主电路直流电源200V ，经由6只MOSFET 组成的桥式逆变电路与三相阻感性负载相连接，负载电阻为1欧，电感为5mH ，三角波频率为1000Hz ，调制度为0.7，试观察输入信号（载波、调制波）、与直流侧假想中点N ‘的三相电压Uun ’、Uvn ’、Uwn ’，输出线电压UV 以及负载侧相电压Uun 的波形。 四、设计方案 实验1：降压变换器 dc-dc 变流电路可以将直流电变成另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。其中，直接直流变流电路又称为斩波电路，功能是将直流电变为另一直流电。本次实验主要是在Matlab 中设计一个降压斩波电路并仿真在所给条件下的波形和数值与理论计算相对比。降压斩波电路原理图如下所示，该电路使用一个全控型器件V ，这里用IGBT ，也可采用其他器件，例如晶闸管，若采用晶闸管，还需设置使晶闸管关断的辅助电路。为在V 关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD 。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，图中用m E 表示。若无反电动势，只需令0m E ，以下的分析和表达式中均适用。

自动控制系统课程设计说明书

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处

*注：此任务书由课程设计指导教师填写。

直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。

电力拖动课程设计报告

电力拖动课程设计报告 为适应时代对宽口径、创新型人才的需求，同时为了配合高等教育向大众教育的转变，我们在电力拖动课程的教学内容和教学体系上一直在寻求创新，以适应培养现代化人才的需要。在课程的讲解上做到“授之以渔”，把好的学习方法传授给学生，使学生做到融会贯通。下面是小编整理的电力拖动课程设计报告，欢迎来参考！ 电力拖动课程是中等职业学校电工电子专业的一门专业课，它的应用性和实践性要求都很高。由于新知识的不断积累增加、课时的相对减少，以前的教学方法不太适用现在的素质教育的要求。以前的教学方式存在的主要弊端有：第一理论学习内容乏味，难以激发学生的学习热情。学生对理论知识只是死记硬背，很难达到活学活用的要求，难以提高学生的学习积极性；第二，学生做理论习题不能达到提高专业水平的目的。学生做作业没有实践操作的机会，缺乏实际感受，很难提高思维和实践创新能力；第三，实习教学落伍，使理论与实践的脱节。传统教学方法是理论教学和实习教学要独立自主进行，学生理论学习不全面，到实习时不能很好利用理论知识，也就不可能用理论来辅助实习训练。 1.在课堂教学中，加强与学生的互动 实施教学目标是课堂教学的关键。需要做到以下几方面：

第一，确立上课要点。上课时，教师将所授课教学要点，采取适当方式传达给学生，使学生带着明确的学习任务有目的地听课；第二，引导学生达标。这是教学目标实施的关键。首先要能完整地将教学目标具体化、情境化。然后对教学重点知识点，教师精讲，安排学生多练，并引导学生质疑，增强反馈信息能力。 2.通过实践操作，提高学生的理解能力 教学活动中的做也要适当利用讨论、练习等方法。只是要把这些方法结合到实践上来，要求教和学要与实践相辅相成,要与实际生活有联系。在具体措施上，我们鼓励激发学生的兴趣，主张学生多提问题，注重教学中的讨论，让学生积极学习，多给学生自己动手的机会。学生一般具有猎奇心理，奇特的东西、生活中常出现的自己又不能理解的问题,经过老师适当引导后，往往会引发其强烈求知欲，这就要求教师挖掘教学内容的创新点、寻找相关课题的例题,使之有新鲜感。 首先为学生做好心理调节，重视教学的生动性。非智力因素对学生电力拖动课程的学习以及考试影响非常大，故需老师极其重视学生的心理调节。不同时期，学生所蕴含的心情是不相同的：复习伊始，学生满怀热情，自信满满，尽力约束自己的行为，向自己提出了较苛刻目标。维持学生的学

电机拖动课程设计

《电机与拖动》课程设计 说明书 提升料车电机拖动系统设计 学生姓名 学生学号 学院名称信电工程学院 专业名称电气工程及其自动化 指导教师 2015年1月18日

摘要 该系统由电动机提供原动力，经减速器减速拖动钢丝绳来提升或下放料车。料车到达最高点和最低点是由行程开关自动关断。当提升料车时，按下提升按钮，电动机开始运转，带动传动装置运转，通过减速器将电动机的高转速降为低转速，再通过皮带传递给钢丝绳轮，然后钢丝绳轮开始转动，再通过定滑轮将料车提升，当料车到达顶部时，触碰到行程开关，电动机停止运转，料车停止上升。当卸料完成后，按下放按钮，电动机反转，原理跟上升时相同，到达地面时，触碰到行程开关，电动机停止转动，料车停止下放。 关键词电动机；拖动；传动装置；减速器

目录 1设计题目及要求 (1) 1.1设计题目 (1) 1.2设计要求 (1) 1.3设计思路 (1) 2系统结构及工作原理的分析 (2) 2.1系统结构组成分析 (2) 2.2系统工作原理概述 (2) 3电动机的选择 (3) 3.1类型的选择 (3) 3.2 提升系统的负载功率 (3) 3.3确定电动机转速 (3) 3.4确定电动机型号 (4) 4电动机的校验 (5) 4.1发热校验 (5) 4.2检验过载能力 (5) 4.3校验起动能力 (5) 5减速器的选择 (7) 5.1总传动比的计算 (7) 5.2分配各级传动比 (7) 6系统原理电路图及运行分析 (8) 6.1系统原理电路图 (8) 6.2运行分析 (8) 总结 (10) 参考文献 (11) 附录 (12)

1设计题目及要求 1.1设计题目 拖动对象为一料车提升系统。右图所示，料车在轨道下部装料，装完料后提升至上部料仓卸载。装料时间为3分钟，卸载时间不计，提升及下放速度最大值不超过0.4米/秒，料仓距轨道底部15米，料车自重40公斤，每次装料100公斤，企业每天分三班工作，每班提升25次，提升为接班后即开始至提升25次 结束。系统提升使用钢丝绳，钢丝绳轮的直 径为0.4米。工作现场只有三相四线制380v 交流电源，电网最大电压波动5%，通风良好， 环境干燥，现场无防爆要求。 1.2设计要求 1）要求电机拖动系统能够可靠工作，电 机温升在允许范围内。 2）设三个手动操作按钮控制电机运转， 即提升、下放、停止。 3）系统应能实现在提升到轨道顶部和下 放到底部时自动停止。 1.3设计思路 为简化设计，提升系统钢丝绳重量及摩擦阻力均可不计。并且滑轮等传送比为100%。设计时要先算出负载转矩，可根据提升速度、电机速度选择减速机。选择电机时要先确定电机类型，确定电机容量，然后还要考虑是否需要校验起动转矩、电机温升等。 电气控制系统要设计为能够实现自锁功能。 对料车提升到轨道顶部和下放到底部时自动停止问题，建议选择行程开关，通过行程开关的常开或常闭触点来设计控制电路。

电力电子技术课程设计报告

课程设计说明书 设计题目：单相交流调压技术 专业班级： 2009级电气工程及其自动化 姓名：王昊 学号： 0915140068 指导教师：褚晓锐 2011年12月23日 （提交报告时间）

一.课程设计题目：单项交流调压技术的工程应用 二.课程设计日期: 2011年12月19日 三．课程设计目的： “电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计出具有电压可调功能的直流电源系统，能够较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌整流电路设计的基本方法。培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。 四．课程设计要求： :按课程设计指导书提供的课题，根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容： 1、方案的经济技术论证。 2、主电路设计。 3、通过计算选择整流器件的具体型号。 4、确定变压器变比及容量。 5、确定平波电抗器。 7、触发电路设计或选择。 8、课程设计总结。 9、完成4000字左右说明书，有系统电气原理图，内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。 设计技术参数工作量工作计划 1、单相交流220V电源。 2、交流输出电压U d 在0～220V连续可调。 3、交输出电2000W。1、方案的经济技术论证。 2、主电路设计。 3、通过计算选择整流器件的 具体型号。 第一周： 周一：收集资料。 周二～三：方案论证。 周四：主电路设计。

4、触发电路设计。 5、绘制主电路图。 周五：理论计算。 第二周： 周一：选择器件的具体型号 周二～三：触发电路设计。。 周四～五：总结并撰写说明书。 五．课程设计内容： 设计方案图及论证 将一种交流电能转换为另一种交流电能的过程称为交流-交流变换过程，凡能实现这种变换的电路为交流变换电路。对单相交流电的电压进行调节的电路。用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。结构原理简单。该方案是由变压器、触发电路、整流器、以及一些电路构成的，为一台电阻炉提供电源。输入的电压为单相交流220V ，经电路变换后，为连续可调的交流电。 各部分电路作用 220V 交流输入部分作用：为电路提供电源，主要是市电输入。 调压环节的作用：将交流220V 电源经过变压器、整流器等电路转换为连续可调的交 220V 交流输入 调压环节 输出连续可调的交流电 触发电路

电力拖动课程设计汇本

中北大学 课程设计说明书 学生：海椿学号：0905054236 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 题目：交流电动机工作特性仿真 ——转速特性 指导教师：王建萍职称: 工程师

2011 年12 月31 日 中北大学 课程设计任务书 11/12 学年第 1 学期 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 学生姓名：海椿学号：0905054236 课程设计题目：交流电动机工作特性仿真分析 ——转速特性 起迄日期：12 月31日～01月06日 课程设计地点：校

指导教师：王建萍 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2011 年12月31日课程设计任务书

一、原理阐述 感应电动机是一类重要的交流电机。它在正常电动运行时主要是通过定子对转子之间的电磁感应，使转子获得进行正常运行所需的电流和转矩。众所周知，交流电的一个重要指标是交流电的频率，一般来讲，感应电动机的转速与供给它进行工作的交流电的频率不保持同步的关系。因此，从这个意义上讲，交流感应

电动机又常常被称作异步电动机。 三相异步电机是重要的异步电动机。三相定子绕组通过三相交流电产生旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电磁转矩使转子旋转。 三相感应电动机在空载运行时，转子的转速接近于电机同步转速n 1。随着 负载的增大，必须输出较大的转矩以维持电机的稳定运行，这样，就会使转子转速度略有降低。经试验测试和分析后，可以得出输出功率2P 的增大与转子的转速n 的降低近似为线性关系）（2f n P =。 三相感应电动机的旋转磁场的旋转速度(又称同步转速) n 1为： p f 60n 1=r/min f —三相交流电的频率； P —三相电动机的定子极对数。 磁场转速n 1和转子速度n 之差与n 1的比值称为转差率S ： %100n n -n s 00?= 异步电动机启动时n=0，s=1；n=n 0时，s=0； 额定工况下一般s=1.5~6% 转子角速度?为： s /rad 60n 2π=Ω 电动机转矩T 为：

电机与拖动课程设计报告

1、变压器空载： 变压器空载运行仿真电路图 2、变压器负载： SN=10e3;U1N=380;U2N=220;r1=0.14;r2=0. 035;x1=0.22;x2=0.055;rm=30;xm=310;ZL= 4+j*3; I1N=SN/U1N; I2N=SN/U2N;k=U1N/U2N; Z1=r1+j*x1; rr2=k^2*r2;xx2=k^2*x2; ZZ2=rr2+j*xx2; ZZL=k^2*ZL; Zm=rm+j*xm; Zd=Z1+1/(1/Zm+1/(ZZ2+ZZL)); U1I=U1N; I1I=U1I/Zd; E1I=(U1I-I1I*Z1); I22I=E1I/(ZZ2+ZZL); I2I=k*I22I; U22I=I22I*ZZL; U2I=U22I/k; % 功率因数，功率和效率 % cospsi1输入侧功率因数， cospsi2负载功率因数， p1输入有功功率， p2输出有功功率 cospsi1=cos(angle(Zd)); cospsi2=cos(angle(Z1)); p1=abs(U1I)*abs(I1I)*cospsi1; p2=abs(U2I)*abs(I2I)*cospsi2; eat=p2/p1; % 损耗 % lml励磁电流， pfe铁损耗， pcu1原边铜损耗， pcu2副边铜损耗 ImI=E1I/Zm; pFe=abs(ImI)^2*rm; pcu1=abs(I1I)^2*r1; pcu2=abs(I2I)^2*r2; % 数据输出 disp('原边电流='),disp(abs(I1I)); disp('副边电流='),disp(abs(I2I)); disp('副边电压='),disp(abs(U2I)); disp('原边功率因数='),disp(cospsi1); disp('原边电流='),disp(p1); disp('副边功率因数='),disp(cospsi2); disp('副边功率='),disp(p2); disp('效率='),disp(eat); disp('励磁电流='),disp(abs(ImI)); disp('铁损耗='),disp(pFe); disp('原边铁损耗='),disp(pcu1); disp('副边铜损耗='),disp(pcu2); 3、他励直流电动机转矩特性： % 直流电机转矩特性分析 % 将该函数定义为dc_mo_tor(dc_motoe_torque) %.................................... ....... % 下面输入电机基本数据 Cm=10;Ra=1.8;k=.1;k1=.2; % 下面输入750r/min时的空载特性实验数据（Ifdata-是励磁电流，Eadata-是感应电动势） Ia=0:.01:15; %.................................... ...... % 计算他励电机外特性 Temt=Cm*k*Ia; plot(Ia,Temt,'r') xlabel('Ia[A]') ylabel('Tem[N*m]')

自动控制课程设计~~~

指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 移通学院 自动控制原理课程设计报告 系部： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2013年12 月 重庆邮电大学移通学院制

目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 设计内容 三、设计总结 四、参考文献

一、设计题目 《自动控制原理》课程设计（简明）任务书——供2011级机械设计制造及其自动化专业（4-6班）本科学生用 引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。 一设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计 二系统说明： 该Ｉ型系统物理模拟结构如图所示。 系统物理模拟结构图 其中：Ｒ＝1MΩ；C =1uF；R0=41R 三系统参量：系统输入信号：x(t)； 系统输出信号：y(t)；

四设计指标： 设定：输入为x(t)=a×1（t）（其中：a=5） 要求动态期望指标：M p﹪≤20﹪；t s≤4sec； 五基本要求： a)建立系统数学模型——传递函数； b)利用根轨迹方法分析和综合系统（学号为单数同学做）； c)利用频率特性法分析和综合系统（学号为双数同学做）； d)完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验； 六课程设计报告： 1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告； 2.报告内容包括：课程设计的主要内容、基本原理； 3.课程设计过程中的参数计算过程、分析过程，包括： （1）课程设计计算说明书一份； （2）原系统组成结构原理图一张（自绘）； （3）系统分析，综合用精确Bode图一张； （4）系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）； 4.提供参考资料及文献 5.排版格式完整、报告语句通顺； 6.封面装帧成册。

电机与拖动技术课程设计参考

电机与拖动技术课程设 计报告 （2012—2013学年第一学期） 题目他励直流电动机的调速系统 系别电子与电气工程系 专业电气工程及其自动化 班级 学号 姓名 指导教师韩之刚 完成时间2013年12月26日 评定成绩

目录 摘要 (3) 1、设计的目的和意义 (3) 2、总体设计方案 (3) 2.1并励(他励)直流电动机的起动 (3) 2.2并励(他励)直流电动机的调速 (4) 2.3调速的性能指标 (6) 3.设计过程 (7) 3.1实验设备 (7) 3.2 设备屏上挂件排列顺序 (7) 3.3 设计原理图 (8) 3.4.调速步骤 (8) 4、设计心得 (12) 5．参考文献 (12)

摘要 随着工业的不断发展，电动机的需求会越来越大，电动机的应用越来越广泛，电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。而电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中电动机调速方法的应用过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。 关键词：直流电动机调速设计 1、设计的目的和意义 时间是验证真理的唯一标准。通过本次的课程设计更进一步的掌握和了解电动机的调速方法。这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们学会独立思考，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。 2、总体设计方案 2.1并励(他励)直流电动机的起动 直流电动机接通电源以后，电动机的转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。对于电动机来讲，我们总希望它的起动转矩大，起动电流小，起动设备简单、经济、可靠。

电力电子技术课程设计报告

电力电子课程设计报告题目三相桥式全控整流电路设计 学院：电子与电气工程学院 年级专业：201５级电气工程及其自动化 姓名： 学号: 指导教师：高婷婷,林建华 成绩:

摘要 整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要同时也是应用得最为广泛的电路，不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统,能源系统及其他领域,因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义,这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环,而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用，因此调试三相桥式可控整流电路的相关参数并对不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义。 关键词：电力电子,三相，整流

目录 1 设计的目的和意义………………………………………１ 2 设计任务与要求 (1) 3 设计方案 (1) ?３.1三相全控整流电路设计 (1) 3.1.１三相全控整流电路图原理分析 (2) ?3.１.2整流变压器的设计 (2) ?3．1.3晶闸管的选择 (3) 3.2 保护电路的设计 (4) 3．2.1变压器二次侧过压保护 (4) ?3．2.2 晶闸管的过压保护………………………………………………４ 3.2．3 晶闸管的过流保护………………………………………………５ 3.3 触发电路的选择设计 (5) 4 实验调试与分析 (6) 4.１三相桥式全控整流电路的仿真模型 (6)

4.2仿真结果及其分析……………………………………………７ 5 设计总结 (8) 6 参考文献 (9)

1 设计的目的和意义 本课程设计属于《电力电子技术》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握《电力电子技术》,更进一步的掌握和了解他三相桥式全控整流电路。通过设计基本技能的训练,培养学生具备一定的工程实践能力。通过反复调试、训练、便于学生掌握规范系统的电子电力方面的知识，同时也提高了学生的动手能力。 2 设计任务与要求 三相桥式全控整流电路要求输入交流电压2150,10,0.5U V R L H ==Ω=为阻 感性负载。 １.写出三相桥式全控整流电路阻感性负载的移相范围,并计算出直流电压的变化范围 2.计算α=60°时，负载两端电压和电流，晶闸管平均电流和有效电流。 3.画出α=60°时，负载两端 d U 和晶闸管两端 1 VT U 波形。 4.分析纯电阻负载和大电感负载以及加续流二极管电路的区别。 5.晶闸管的型号选择。 ３ 设计方案 ３.１三相全控整流电路设计

自动控制原理课程设计实验

上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：

水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。

上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。

电力拖动课程设计

中北大学 课程设计说明书学生姓名：谢海椿学号： 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 题目：交流电动机工作特性仿真 ——转速特性 指导教师：王建萍职称: 工程师 2011 年 12 月 31 日 中北大学 课程设计任务书 11/12 学年第 1 学期 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 学生姓名：谢海椿学号：

课程设计题目：交流电动机工作特性仿真分析 ——转速特性 起迄日期： 12 月31日～ 01月 06日 课程设计地点：校内 指导教师：王建萍 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2011 年12月31日 课程设计任务书

一、原理阐述 感应电动机是一类重要的交流电机。它在正常电动运行时主要是通过定子对转子之间的电磁感应，使转子获得进行正常运行所需的电流和转矩。众所周知，交流电的一个重要指标是交流电的频率，一般来讲，感应电动机的转速与供给它进行工作的交流电的频率不保持同步的关系。因此，从这个意义上讲，交流感应电动机又常常被称作异步电动机。 三相异步电机是重要的异步电动机。三相定子绕组通过三相交流电产生旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电磁转矩使转子旋转。 三相感应电动机在空载运行时，转子的转速接近于电机同步转速n 1。随着负载的增大，

必须输出较大的转矩以维持电机的稳定运行，这样，就会使转子转速度略有降低。经试验测试和分析后，可以得出输出功率2P 的增大与转子的转速n 的降低近似为线性关系 ） （2f n P =。 三相感应电动机的旋转磁场的旋转速度(又称同步转速) n 1为： p f 60n 1= r/min f —三相交流电的频率； P —三相电动机的定子极对数。 磁场转速n 1和转子速度n 之差与n 1的比值称为转差率S ： 异步电动机启动时n=0，s=1；n=n 0时，s=0； 额定工况下一般s=1.5~6% 转子角速度?为： 电动机转矩T 为： 转子端电磁功率m P 为： 转子端电磁功率与输出功率之间的关系为： 所以输出功率2P 为： 由以上式子可以得输出功率2P 与转速n 的关系）（2f n P =。

电机与电力拖动基础课程设计知识分享

一、设计题目： 提升机主电路的设计： 图1—提升机电力拖动系统原理图 图2—提升机电力拖动系统速度图 1.加速阶段t1: 以最大加速度加速，速度由0增加到v1，当v=v1时，电机工作在固有特性上。 2.等速阶段t2: 以v1速度匀速运行。 3.调速阶段t3: 以v2速度匀速运行，v2 =0.7v1。 4.减速阶段t4: 以最大减加速度减速，速度由v2减小0。 二、课程设计的目的

将损坏拖动系统的传动机构。 图3他励直流电动机直接启动接线图 2）降低电源电压启动:将励磁绕组接通电源，并将励磁电流调到额定值，然后从低向高调节电枢回路电压的启动方法称为降低电源电压启动； 要限制启动电流，首先考虑的是降低电动机输入电压，在直流电 动机启动瞬问，给电动机加上较低的电压，以后随着电动机转速 的升高，逐步增加直流电压的数值，直到电动机启动完毕，加在 电动机上的电压即是电动机的额定电压 特点：缩短启动时间，启动过程中能量损耗小，启动平稳，便于实现自动化。需要一套可调的直流电源启动设备，增加初投资。 用减压启动的方法启动并励电动机时必须注意：启动时必须加上 额定的励磁电压，使磁通一开始就有额定值，否则电动机的启动 电流虽然比较大，但启动转矩较小，电动机仍无法启动。 图4降低电源电压启动接线图 3）电枢回路串电阻启动：电枢回路中串接启动电阻以限制启动电流的启动方法称为电枢回路串电阻启动。电枢回路串电阻启动即启动时在电枢回 路串入电阻，以减小启动电流I ,电动机启动后，再逐渐切除电阻， s 以保证足够的启动转矩。

在分级启动过程中，若忽略电枢回路电感，并合理的选择每次切 除的电阻值就能做到每切除一段启动电阻，电枢电流就瞬间增大 到最大启动电流1I 。此后，随着转速上升，电枢电流逐渐下降。 每当电枢电流下降到某以数值2I 时就切除一段电阻，电枢电流就 又突增到最大电流1I 。这样，在启动过程就可以把电枢电流限制 在1I 和2I 之间。2I 称为切换电流。启动电阻分段数目越少，启动 过程中电流变化范围大，转矩脉动大，加速不均匀，而且平均启 动转矩小，启动时间长。 特 点：电枢回路串电阻启动方法所需设备较简单，价格较低，但在启动 过程中在启动电阻上有能量损耗。而降低电源电压启动则所需设 备复杂，价格较贵，但在启动过程中基本上不损耗能量。对于小 直流电动机一般用串电阻启动，容量稍大但不需经常启动的电动 机也可用串电阻启动，而需经常启动的电动机能耗较大，不宜用 于启动的大、中型，可用于小型电机启动 图5电枢回路串电阻启动接线图 选 择：综合分析上述三种启动方法，采用电枢串电阻启动方式。这种方法比较简 单启动，过程中基本上不损耗能量，可以将启动电流限制在容许的范围内。 参数计算： 串接在电枢回路中用以限制启动电流的电阻称为启动电阻，以R s 表示。 为了把启动电流限制在最大允许值s a N R R U I +=1之内，电枢回路中应串入的启 动电阻值为： a N s R I U R -=1 启动后如果仍把s R 串在电枢回路中，则电动机就会在电枢串电阻s R 的认为

电力电子技术课程设计报告

电力电子技术课程设计 报告书 专业班级：16电气2班 姓名：王浩淞 学号：2016330301054 指导教师：雷美珍

目录 1、webench电路设计 1.1设计任务要求 输入电压为（8V-10V），输出电压为5V，负载电流为1A 1.2设计方案分析 图1.3.1主电路原理图 图1.3.2元器件参数 图1.3.3额定负载时工作值

图1.3.4输出电流和系统效率间的关系 如图1.3.4所示，在输出电流相同的情况下，输入电压越小，系统的稳态效率越高，因此提高效率的最直接方式就是降低系统的输入电压，其次在输入电压相同的情况下，我们可以调节输出电压的大小，使系统效率达到最大，例如当输入电压为9.0V时，根据图像输出电流为0.40A的时候效率最高。第二种方法是改变元器件的参数，通过使用DCR(直流电阻)小的电感元件来实现输出纹波电压降低。 1.3主芯片介绍 TPS561201和TPS561208采用SOT-23封装，是一款简单易用的1A同步降压转换器。这些器件经过优化，可以在最少的外部元件数量下工作，并且还经过优化以实现低待机电流。这些开关模式电源（SMPS）器件采用D-CAP2模式控制，可提供快速瞬态响应，并支持低等效串联电阻（ESR）输出电容，如特种聚合物和超低ESR陶瓷电容，无需外部补偿元件。TPS561201以脉冲跳跃模式工作，在轻负载操作期间保持高效率。TPS561201和TPS561208采用6引脚1.6×2.9（mm）SOT（DDC）封装，工作在-40°C至125°C的结温范围内。 1.4电气仿真结果分析

图1.4.1启动仿真图1.4.2稳态仿真 图1.4.3暂态仿真图1.4.4 负载暂态仿真 二、基于电力系统工具箱的电力电子电路仿真 2.1 设计要求和方案分析 本课程设计主要应用了MATLAB软件及其组件之一Simulink，进行系统的设计与仿真系统主要包括：Boost升压斩波主电路部分、PWM控制部分和负载。Boost升压斩波主电路部分拖动带反电动势的电阻，模拟显示中的一般负载，若实际负载中没有反电动势，只需令其为零即可。负载为主电路部分提供脉冲信号，控制全控器件IGBT的导通和关断，实现整个系统的运行。在Simulink中完成各个功能模块的绘制后，即可进行仿真和调试，用Simulink 提供的示波器观察波形，进行相应的电压和电流等的计算，最后进行总结，完成整个Boost 变换器的研究与设计。 2.2 simulink仿真模型分析 电路设计好后主电路中的电感电容值已确定，此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost Chopper输出电压。电路设计好后主电路中的电感电容值已确定，此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost Chopper输出电压。占空比越大，Boost Chopper的输出电压值

自动控制原理课程设计报告

自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩

单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。

电力拖动课程设计.

课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：自动化学院 题目: 脉宽调制双闭环调速系统的设计 初始条件： =48V，Ia=3.7A，Nn=2000r/min，电枢电阻Ra=6.5Ω，电枢回路总电阻 u N R=8Ω，电磁时间常数T =5ms，电源电压为60V。稳态无静差。 L 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1.系统原理图设计； 2.调速系统电路设计； 3.过程分析,参数设计计算与校验； 4.根据开通时间和开关频率计算调速范围。 5.按规范格式撰写设计报告（参考文献不少于5篇）打印 时间安排：(10天) 6月2日-6月3日查阅资料 6月4日-6月7日方案设计 6月8日-6月10日馔写程设计报告 6月11日提交报告，答辩 指导教师签名： 2014年 6月1日 系主任（或责任教师）签名：年月日

摘要 变压调速是直流调速系统的主要调速方法，系统的硬件结构至少包含了两个部分：能够调节直流电动机电枢电压的直流电源盒产生被调转速的直流电动机。随着电力电子技术的发展，可控直流电源主要有两大类，第一类是相控整流，它把交流电源直接转换成可控的直流电源；第二类是直流脉宽变换器，它先用不可控整流把交流电变换成直流，然后用PWM脉宽调制方式输出的直流电压。当用可控直流电源盒直流电动机组成一个直流调速系统时，它们所表现出来的性能指标和人们的期望值总是存在差距的，解决此问题的方法是设计具有转速反馈控制的直流调速系统。由于只带有转速反馈的控制系统的控制对象是转速，没有控制电流，该系统需要实施限流保护。此外增加电流反馈能提高系统的动态和稳态性能指标。 关键字：变压调速转速反馈电流反馈