运动控制系统课程设计四辊可逆冷轧机的卷取机直流调速系统设计.doc

运动控制系统课程设计四辊可逆冷轧机的卷取机直流调速系统设计学 院： 信息科学与工程学院 班 级： 电气0801班 学 号： xxxxxxxxxx 姓 名： xxx 指导老师： xxx 日 期： 2012年1月 前 言运动控制系统是普通高等工科学校自动化专业和控制相关专业的主要课程，而本次运动控制系统工程基础课程设计是在学习完运动控制系统这门课程后一个重要性的实践性教学环节，通过把理论知识运用于实践，加深对这门课程的理解和掌握其精髓，通过实践巩固理论知识，实现理论与实践的完美结合，为今后解决实际问题打下坚实的基础。同时也加强实践意识，培养迅速把理论知识运用于实践的能力。在运动控制系统理论课程中，我们学习了闭环控制的直流调速系统，双闭环直流调速和调节器的工程设计，直流调速系统的数字控制，可逆直流调速系统，闭环控制的异步电机变压调速系统，笼型异步电机变频变压调速系统等方面的知识。通过该课程设计可以进一步对所学知识的掌握，了解电机调速控制系统的基本原理和设计方法，培养独立分析问题和解决问题的能力。并对工业自动化中的相关常识得到了解，同时对工业自动化的各种绘图工具进行深层次的掌握，训练作为一名控制工程师在各个方面的综合能力，为今后在工作岗位上奠定扎实的基础。众所周知，直流电机在现代工业中是一种很重要的电机它可以作电动机使用，也可以作发电机使用，此外还有其它特殊的用途。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，在电力电子变换器中以晶闸管为主的可控器件已经基本被功率开关器件所取代，因而变换技术也由相位控制转变成脉宽调制（PWM）；交流可调拖动系统正逐步取代直流拖动系统。然而，直流拖动控制毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且我国早期的许多工业生产机械都是采用直流拖动控制系统，所以它在工业生产中还占有相当大的比重，短时间内不可能完全被交流拖动系统所取代。本次课程设计的题目是四辊可逆冷轧机的卷取机直流调速系统设计，包括系统设计方案选择，各模块的组成与电路设计，系统参数设计与计算，元件的参数与选择，双闭环动态设计与校验，系统调试与校正等内容。本次课程设计涉及面非常广，查阅了大量资料，由于很多方面的知识都是临时去学习，对所查阅的资料的正确性也没有一一考证，因此，错误与疏漏之处再所难免，望老师批评指正。目 录第一章 设计概述- 1 -1.1 设计目的- 1 -1.2 设计内容- 1 -1.3 课题设计要求- 1 -第二章 方案设计与比较论证- 3 -2.1 调速方案比较论证- 3 -2.2 具体方案和模块设计及电路设计- 3 -2.2.1 主回路设计- 3 -2.2.2 控制回路设计- 4 -2.2.3 控制回路单元模块电路设计- 5 -第三章 系统参数设计与计算- 15 -3.1 整流变压器的选择- 15 -3.2 晶闸管的选择- 15 -3.3 晶闸管保护措施- 15 -3.4 电流互感器的选择- 16 -3.5 电枢回路串电感的选择- 16 -3.6 平波电抗器的计算- 16 -3.7 其它保护措施- 18 -第四章 双闭环的动态设计和校验- 20 -4.1 系统静特性分析和计算- 20 -4.2 系统动态结构参数设计- 21 -4.2.1 电流调节器的设计和校验- 21 -4.2.2 转速调节器的设计和校验- 23 -4.2.3 外限副电路- 24 -第五章 系统调试和校正- 25 -5.1 系统各功能模块性能的调试与测试- 25 -5.2 系统整体功能测试- 28 -5.3 系统小结- 28 -结束语- 30 -参考文献- 31 -附：逻辑无环流系统实验报告错误！未定义书签。第一章 设计概述1.1 设计目的运动控制系统是自动化专业的主干专业课，具有很强的系统性、实践性和工程背景，运动控制系统课程设计的目的在于培养学生综合运用运动控制系统的知识和理论分析个解决运动控制系统设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，提高学生调查研究、查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力。1.2 设计内容（1）根据工艺要求，论证、分析、设计主电路和控制电路方案，绘出该系统的原理图（2号图纸）。（2）设计组成该系统的各单元，分析说明。（3）选择主电路的主要设备，计算其参数（含整流变压器的容量S，电抗器的电感量L，晶闸管的电流、电压定额，快熔的容量等），并说明保护元件的作用（必须有电流和电压保护）。（4）设计电流环和转速环（或张力环），确定ASR和ACR（或张力调节器ZL）的结构，并计算其参数。（5）结合实验，论述该系统设计的正确性。1.3 课题设计要求四辊可逆冷轧机的卷宗取机直流调速系统设计（1）生产工艺和机械性能四辊可逆冷轧机是供冷轧紫铜及其合金成卷带材之用，为提高其生产效率，冷轧机要往、返轧制其金属材料。直到达到要求的厚度时才停止。因为要求冷轧机左右两边的两台卷取机在从左往右的正向轧制过程中，左边一台卷取机用，其工作在发电机状态，右边一台卷取机作卷取机用，工作在电动状态。若逆向轧制（从左往右轧制），右边卷取机作开卷机，工作在发电机状态，左边卷取机则作卷取机用，工作在电动状态。两台卷取机的电动机参数完全一样，机械参数如下：带卷内径（卷筒直径）：500mm 带卷外径：6801100mm带卷最大重量：2000kg 带卷最大张力：2000kg卷取机传动比：i=1.87图1.1 四辊可逆冷轧机结构简图（2）设计要求1、两台卷取机控制原理完全一样，仅设计其中一台；2、技术指标：稳态无静差，电流超调量，空载启动至额定转速时的转速超调量能实现快速制动。（3）直流电动机参数：、 电枢回路电阻、电流过载倍数、。第二章 方案设计与比较论证2.1 调速方案比较论证根据四辊可逆冷轧机的卷宗取机直流调速系统设计的要求，以及根据其性能特点要求可以研究其如下设计方案。我们采用晶闸管电动机调速系统，即VM系统。V是晶闸管可控整流器，它可以是单相、三相或多相的，半波、全波、半控、全控等类型，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。即采用调压调速的方式，以实现无级基速以下调速。晶闸管电动机调速系统是在控制作用时间毫秒级的，完全满足系统动态性要求；而且其技术较成熟，成套设备多，成本较低，设计使用相对容易。由于晶闸管的单向导电性它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的dv/dt与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件；由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”。而在下面的设计中我们会针对以上的不足加以改进。此轧机要求既能正转、反转，又能快速制动，所以需采用可逆调速系统；它又带负载，所以需采用无环调速系统。由一组晶闸管装置供电的单闭环和多环调速系统中，电动机都只朝着一个方向旋转的，因此只能获得单象限的运行，而要求电动机既能正转、反转，又能快速制动，需要四象限运行的特性，此时必须采用可逆调速系统。在有环流系统中，虽然其具有反向快、过度平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，对于大容量的系统，从机器生产可靠性出发，常采用既没有直流平均环流又没有瞬间脉动环流的无环流可逆系统。2.2 具体方案和模块设计及电路设计2.2.1 主回路设计此系统是直流调速系统，为了获得较好的直流采用三相整流；由于生产工艺要求电机正反转，考虑到晶闸管的单向导电性，可用正反两组晶闸管反并联可逆控制系统。其实现方式如下图：图2.1 主回路设计原理图可逆的调速系统能满足电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，即需要电力拖动系统具有四象限运行的特性的要求。2.2.2 控制回路设计为了满足生产工艺对电流的电流超调量的要求，并且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Idm的恒流过程。必需采用电流闭环调节环ACR。为了满足生产工艺对电流的转速超调量和转速无静差的要求。必需采用转速闭环调节环ASR。因此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。有环流系统中，虽然其具有反向快、过度平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，对于大容量的系统，从机器生产可靠性出发，常采用既没有直流平均环流又没有瞬间脉动环流的无环流可逆系统。而本系统的容量较大，工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不很，因而采用无环流控制可逆系统。即当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）根据零转矩和零电流逻辑的去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断环流的通路。因此需要增加一个控制正反组工作的逻辑控制单元DLC。通过分析可以确定控制系统控制回路由以下几个模块组成：给定模块、转速调节器ASR、电流调节器ACR、电流反馈模块，转速反馈模块，逻辑控制单元DLC、零转矩和零电流检测单元DPT、DPZ和一个为避免元件温升和零点漂流的零速封锁单元DZS。控制系统框图如上图所示。采用一个电流调节器和一个触发模块，并采用逻辑控制单元来协调正反组晶闸管工作。从而达到调压调速的目的。图2.1 控制系统框图图2.2 控制系统框图2.2.3 控制回路单元模块电路设计（1）给定单元有上图可知，给定单元由模拟电路组成，包含三级放大器，第一级为高倍放大器，U1都是饱和值，当给定过大时，要求限幅，由二极管控制，U1与Un*极性相同，第二级为积分器，经过RC积分输出电压变为斜坡信号，且为负相，与给定Un*方向相反，积分变化率可以用电位器RP来调节，可以调节RC来控制积分快慢。最后一级为反向器，将U2信号反向，使与Un*一致方向变化，并且Ugi反馈回第一级输入端，为负反馈，以决定积分终止时刻，当Ugi>= Un*时，负反馈起作用，U1很快减小，积分终止，Ugi与U2保持恒值。图2.3 给定单元电路图（2）电流调节器1、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（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。考虑到ACR的上述作用和生产工艺要求系统主回路电流超调量小,将ACR设计成PI调节器，通过有关书籍可知这样可以使电流环构成一个型结构。通过一阶最优使其动态性能达到要求。图2.4和图2.5分别为的主体结构图和实际实现图，给定电压Ui*和电流反馈电压Ui经滤波后通过由放大器构成的PI调节器后生成触发电路的控制电压Ua输出给触发电路。图2.4 ACR主体结构图ACR主体结构实际电路与转速调节器ASR基本一致，但由于采用一个ACR控制正反两组晶闸管触发电路所以ACR的输入端分别有正反两组电流给定信号输入。ACR同一时间只能向一组发出控制信号，所以采用正反组电流给定信号交替输入的方式。实现方式是采用三极管构成电子开关用DZS的正反组工作的控制信号Ubir， Ubif分别控制正反组电子开关的导通和关断。从而达到正反组电流给定信号交替输入的目的。在输出电路方面为了提高带负载能力采用了晶体管放大电路。也减少了负载电流对本环节的冲击。图2.5 ACR实际实现电路图（3）转速调节器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变化，稳态时可减小转速误差，甚至实现转速无静差。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。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。考虑到ASR的上述作用和生产工艺要求系统队阶跃信号无静差,将ASR设计成PI调节器，通过有关书籍可知这样可以使系统构成一个二型系统，从而实现转速无静差。图2.6为ASR的主体结构图转速给定电压Un*和转速反馈电压Un经滤波后通过由放大器构成的PI调节器后生成电流给定电压Ui*输出给电流调节器。图2.6 ASR的主体结构图其实际的实现电路如下图示：图2.7 ASR实际实现电路图U1、U2、C9，U5、U4、C10 构成等效的阻容滤波去除转速给定和转速反馈的纹波。电阻R14，C8通过放大器构成PI调节器为了避免运放长期工作产生的零点漂移，并联一个大电阻R13形成准PI调节器。场效应管Q7做开关用，当零封输入信号接高电平时场效应管导通将输出拉至0V，二极管D5避免由于零封信号波动而使Q7意外导通。D6,D7,R44，R45构成正负限幅电路。以正向限幅为例：当运放的输出端电压经限流电阻U6后，如果电压值小于D6导通电压加R44滑动端对地电压则线性输出否则输出D6导通将输出电压钳位在限幅值。电容C11用于限制运放输出端电压变化过快。（4）反号器电流反馈信号的级性总是为“+”，而且，此系统只采用了一个电流调节器，为保证电流环为电流负反馈环，实现负反馈控制，必须采用一只反号器AR，为此，由逻辑DLC的两个相反的和信号分别控制电流的给定信号，以实现电流反馈永远是负反馈。图2.8 AR单元电路图（5）触发电路三相移相触发器由三片集成电路芯片KJ004(或KC04)等组成，通过KJ041而形成六路双窄脉冲，经脉冲放大和脉冲门MT，去触发三相全控桥晶闸管。三相移相触发器有两路输入信号，一路是三相交流同步电源，以保证主电路的交流电压和触发脉冲保持同步，去正确触发各相晶闸管。另一路是脉冲移动的控制信号，用它来控制触发器脉冲发出的时刻，从而达到控制晶闸管触发角的目的。图2.9 触发器单元电路图（6）逻辑控制单元逻辑控制环节DLC主要是为了保证不出现环流，这是系统中的关键环节。它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号 Ublf用来控制正组触发脉冲的封锁或开放，Ublr用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。结构上主要分为逻辑控制和延时控制考虑换组运行的参考依据是转矩极性和电流是否为零所以DLC输入信号是转矩极性和电流是状态。DLC的逻辑如下：正向运行：VF整流，开放VF，封锁VR；反向制动：VF逆变，开放VF，封锁VR；反向运行：VR整流，开放VR，封锁VF；正向制动：VR逆变，开放VR，封锁VF。图2.10 DLC的实现图因此，DLC的输出有两种状态：VF开放Ublf = 1 VF封锁Ublf=0VR开放Ublr = 1 VR封锁Ublr=0R32与C34，R34与C37构成延时环节为以下两个延时提供条件以保证两组晶闸管装置可靠切换。 t1延时关断等待时间，以确认电流已经过零，而非因电流脉动引起的误信号；t2延时触发等待时间，以确保被关断的晶闸管已恢复阻断能力，防止其重新导通。（7）零转矩检测单元和零电流检测单元零转矩检测单元和零电流检测单元结构和实现电路完全相同，实际都是一个回滞比较器。但目的不同，零转矩检测单元是检测转矩正负极性，零电流检测单元检测电流是否为零。所以具体的参数不同，回滞曲线要求不同。零转矩检测单元的输出要求：电极正转：输出为“1”态；电极反转：输出为“0”态。其实现电路图如下图所示：图2.11 零矩阵检测单元电路图零电流检测器的输出要求：主回路电流接近零时，输出为“1”态；主回路有电流时，输出为“0”态。其实现电路图如下图所示：图2.12 零电流检测单元电路图（8）零封锁环节作用是：当给定信号为0时，电机不动，然而，各调节器的零点漂移将导致电动机的爬行，为确保零位时电动机不会爬行，一定要将调节器锁零，即控制场效应管使调节器的输入和输出间短接。图2.13为零封锁电路的电路图。图2.13 零封锁环节的电路图 （9）电流反馈与过流保护图2.14 电流反馈与过流保护本单元有两个功能，一是检测主电源输出的电流反馈信号，二是当主电源输出电流超过某一设定值时发出过流信号切断电源TA1,TA2,TA3为电流互感器的输出端，它的电压高低反映三相主电路输出的电流大小，面板上的三个园孔均为观测孔，不需再外部进行接线，只要将DJK04挂件的十芯电源线与插座相连接，那么TA1、TA2、TA3就与屏内的电流互感器输出端相连，当打开挂件电源开关，过流保护即处于工作状态。1、电流反馈与过流保护的输入端TA1、TA2、TA3，来自电流互感器的输出端，反映负载电流大小的电压信号经三相桥式整流电路整流后加至RP1、RP2、及R1、R2、VD7组成的3条支路上，其中:R2与VD7并联后再与R1串联，在其中点取零电流检测信号从1脚输出，供零电平检测用。当电流反馈的电压比较低的时候，“1”端的输出由R1、R2分压所得，VD7截止。当电流反馈的电压升高的时候，“1”端的输出也随着升高，当输出电压接接近0.6V左右时，VD7导通，使输出始终保持在0.6V左右。将RP1的滑动抽头端输出作为电流反馈信号，从“2”端输出，电流反馈系数由RP1进行调节。RP2的滑动触头与过流保护电路相连，调节RP2可调节过流动作电流的大小。2、当电路开始工作时，由于电容C2的存在，V3先与V2导通，V3的集电极低电位，V4截止，同时通过R4、VD8将V2基极电位拉低，保证V2一直处于截止状态。3、当主电路电流超过某一数值后，RP2上取得的过流电压信号超过稳压管V1的稳压值，击穿稳压管，使三极管V2导通，从而V3截止，V4导通使继电器K动作，控制屏内的主继电器掉电，切断主电源，挂件面板上的声光报警器发出告警信号，提醒操作者实验装置已过流跳闸。调节RP2的抽头的位置，可得到不同的电流报警值。4、过流的同时，V3由导通变为截止，在集电极产生一个高电平信号从“3”端输出，作为推信号供电流调节器使用。5、SB为解除过流记忆的复位按钮，当过流故障己经排除，则须按下SB以解除记忆，才能恢复正常工作。当过流动作后，电源通过SB、R4、VD8及C2维持V2导通，V3截止、V4导通、继电器保持吸合，持续告警。只有当按下SB后，V2基极失电进入截止状态，V3导通、V4截止，电路才恢复正常。第三章 系统参数设计与计算3.1 整流变压器的选择由于整流线路采用三相桥整流，对于这样的可逆系统有：又整流电流 所以，副方变压器容量为：因为交流变压器二次侧为交流不存在直流磁化的问题，则原边变压器容量为变压器总容量为 3.2 晶闸管的选择选择晶闸管元件的正向反向峰值电压：当电动机额定电压大于220V时，则取1250V晶闸管额定电流3.3 晶闸管保护措施为了限制电压上升率和电流上升率，系统加入了桥臂电抗器，桥臂电抗器采用空心电抗，为了提高电感量，每个电抗器内安置有铁氧磁棒。用快速熔断器作为过流保护，桥臂快熔的额定电流为：环流快熔的额定电流为：所以选择的桥臂快熔的型号为： ，环流快熔的型号为：3.4 电流互感器的选择由于交流变压器副方电流为134.64A，所选LMZ-0.5-1型，额定电流为200A，做计量保护用。3.5 电枢回路串电感的选择要求电流连续时电感最小为：平波电抗器的电感量一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择。通常 首先选定最小电流I（以A为单位），再利用它计算所需的总电感量（以mH为单位），减去电枢电感，即得平波电抗器的电感值。3.6 平波电抗器的计算为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗器Ld，称平波电抗器。其主要参数有流过电抗器的电流一般是已知的，因此电抗器参数计算主要是电感量的计算。（1）算出电流连续的临界电感量L1可用下式计算，单位mH。式中K1为与整流电路形式有关的系数，可由表查得；为最小负载电流，常取电动机额定电流的510计算。根据本电路形式查得K1=0.695所以L1=2.18mH（2）限制输出电流脉动的临界电感量L2由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，因此输出电流波形也是脉动的。该脉动电流可以看成一个恒定直流分量和一个交流分量组成。通常负载需要的只是直流分量，对电动机负载来说，过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加，引起过热。因此，应在直流侧串入平波电抗器，用来限制输出电流的脉动量。平波电抗器的临界电感量L2（单位为m）可用下式计算式中K2系数，与整流电路形式有关，Si电流最大允许脉动系数，通常三相电路Si（510）。根据本电路形式查得K2=1.045, 所以=1.64mH （3）电动机电感量LD和变压器漏电感量LT电动机电感量LD（单位为mH）可按下式计算式中UD，ID，n直流电动机电压、电流和转速，常用额定值代入；P电动机的磁极对数；KD计算系数。一般无补偿电动机取812，快速无补偿电动机取68，有补偿电动机取56。本设计中取KD =8、UD= Un =230V、ID =In=765A、n=1400r/min、p=1变压器漏电感量LT（单位为mH）可按下式计算式中，KT计算系数，查表可得3.9Ush变压器的短路比，取3。本设计中取KT =3.9、Ush =3所以 LT=3.9×3×120/（100×765）=0.018mH（4）实际串入平波电抗器的电感量考虑输出电流连续时的实际电感量：如上述条件均需满足时，应取Ld作为串入平波电抗器的电感值，所以本电路选取Ld=2 mH作为平波电抗器的电感值。3.7 其它保护措施（1）交流侧阻容吸收装置为：式中变压器空载激磁电流百分数；变压器的每相伏安数；变压器副边相电压；变压器短路电压百分数。阻容吸收装置为型接法，则每相电容、电阻为：电容耐压 电阻功率 所以，为24UF/630V，为10/100W。（2）直流侧阻容吸收装置与交流侧所选差不多，即， （3）晶闸管关断过电压阻容吸收装置，对于200A可控硅元件可选， （4）交流侧和直流侧过电压保护用硒堆，选直流ZXA100D72/27-2 型，交流为ZXA30D288/108-0.15型。交流侧硒堆片数 直流侧硒堆片数 式中：变压器副边线电压有效值；整流电压值；硒堆每片反电压有效值，取18V。第四章 双闭环的动态设计和校验由设计要求已知：电流超调量为，空载起动到额定转速的速度超调量，稳态无静差。直流电动机参数为：、电枢回路电阻、电流过载倍数、4.1 系统静特性分析和计算静态结构图如图4.1，该系统设计为典型的电流速度双闭环系统。图4.1 系统静态结构图（1）电流反馈系数为：（2）速度反馈系数为：（3）触发器和可控硅静态放大倍数为 =30（4）电动机的电势系数为：（5）电枢回路总电阻为：R=0.184.2 系统动态结构参数设计系统动态结构图，忽略反电动势影响，如图4.2所示：图4.2 系统动态结构图图中为速度调节器的传递函数为电流调节器的传递函数为晶闸管平均失控时间常数，对于三相桥式整流电路，取=0.0017S为电动机机电时间常数 ，取=0.1S为电动机电磁时间常数，取为电动机转矩系数，取=0.1263V/（r/min）为电流反馈滤波时间，取 =0.002S为速度反馈滤波时间，取 =0.01S4.2.1 电流调节器的设计和校验（1）确定时间常数在三相桥式全控电路有：已知，所以电流环小时间常数=0.0017+0.002=0.0037S。（2）选择电流调节器的结构因为电流超调量，并保证稳态电流无静差，可按典型型系统设计电流调节器电流环控制对象是双惯性型的，故可用PI型电流调节器。电流调机器的比例系数电流调节器的超前时间系数（3）电流调节器参数计算：电流调节器超前时间常数=0.03s，又因为设计要求电流超调量，查得有=0.5，所以=，电枢回路总电阻R=0.12，所以ACR的比例系数=（4）校验近似条件电流环截止频率=135.1。晶闸管整流装置传递函数的近似条件： > ，满足条件。忽略反电动势变化对电流环动态影响条件：，满足条件。电流环小时间常数近似处理条件：，满足条件。（5） 计算调节器的电阻和电容取运算放大器的=40，有=0.9740=38.8，取40，取0.8，取0.2。故=。4.2.2 转速调节器的设计和校验（1）确定时间常数：有则，已知转速环滤波时间常数=0.01s，故转速环小时间常数。（2）选择转速调节器结构：按设计要求，选用PI调节器 转速调节器的比例系数转速调节器的超前时间常数（3）计算转速调节器参数：按跟随性能和抗扰动性能的要求，取h=5,ASR超调时间常数为 转速开环增益为 ASR开环比例系数为 （4）计算调节器的电阻电容值： （5）校验近似条件：转速截止环频率为： 电流环传函简化条件： 满足条件小时间常数近似处理条件： 满足条件（6）校核转速超调量：由h=5，查得，不满足设计要求，应使ASR 退饱和，重计算。设理想空载z=0，h=5时，查得=81.2%，所以=0.058=5.8% < 10% 满足设计要求.4.2.3 外限副电路电流调节器与速度调节器均还有积分单元，必须用外限副电路来限制不使输出电压过大，而带来冲击。所以一般带有积分作用的运放一定要加外限副电路，来保证运放的线形特性，保护系统各部分不受损害。在双闭环系统中，转速调节器ASR输出限副电压决定电流调节器的给定最大值，也决定了电机加减速度及最大起动电流。电流调节器ACR的输出限副值电压限制了晶闸管整流器的最大输出值，即最小整流出发角。第五章 系统调试和校正5.1 系统各功能模块性能的调试与测试（1）系统的相位整定定相分析：定相的目的是根据各相晶闸管各自的导电范围内，触发器能给出触发脉冲，也就是确定触发器的同步电压与其对应的主回路电压之间的正确相位关系，因此必须根据触发器的结构原理，主变压器的接线组别来确定同步变压器的接线组别。（2）触发器的整定1、先将DJK02的触发脉冲指示开关拨至窄脉冲位置，合DJK02中的电源开关，用示波器观察A相、B相、C相的三相锯齿波，分别调节所对应的斜率调节器，使三相锯齿波的斜率一致。2、观察DJK02中VT1VT6孔的六个双窄脉冲，使间隔均匀，相位间隔60度。3、触发器移相控制特性的整定：如图5.1所示，系统要求当Uct0V时，90°，电机应停止不动。因此要调整偏移电阻Up，使90°。图5.1 触发器移相控制特性测得当min30°时所对应的值Uctm3.35V，该值将作为整定ACR输出最大正限幅值的依据；测得当150°（min30°）时所对应的值Uctm3.21V，该值将作为整定ACR输出最大负限幅值的依据。（3）系统的开环运行及特性测试1、高速特性的测试：逐步增加给定电压，使电动机启动、升速。调节Ug（Uct）和滑动变阻器的阻值，使电机电流IdIN1.2A，转速nnN1600rpm。给定不变做得高速特性如表5.1所示。Id（A）1.21.00.80.650.4Ud (V)230233236239240n(r/min)16001640167516981725表5.1 电机高速特性2、低速特性的测试：调节Ug（Uct）和滑动变阻器的阻值，使电机电流IdIN1.2A，转速nnN100rpm左右。测得低速特性如表5.2所示。Id（A）0.60.50.40.30.2Ud (V)27.929.631.333.334.7n(r/min)120145170205231表5.2 电机低速特性电机高低速开环特性如图5.2所示：图5.2 电机高低速开环特性（4）速度反馈特性的测试改变Uct，使电动机的转速分别为表三中所示，读出对应的反馈电压Ufn的大小，并作出速度检测特性如图5.3所示。n（转/分）16001200800400200-Ufn（V）6.034.533.001.500.73表5.3 转速与反馈电压关系表图5.3 速度检测特性图（5）调节器的调试先切断主电路和励磁电源开关，切断DJK02中的电源开关；合电源总开关和DJK04中的电源控制开关，DJK04中的电源控制开关，DJK04中的给定电位器逆时针调至零位，使给定Uct为0V。（6）电流调节器ACR的调试将ACR接成比例调节器，给定Uct为0V，调节放大器调零电位器RP4，使其输出为0V。给定Ug为正信号，其输出应为负，调节负限幅电位器RP2，使其输出限制在触发器的移相控制角min30°所对应的Uctm值3.3V 。当给定Ug继续增大，其值不变。给定Ug为负信号，其输出应为正，调节负限幅电位器RP1，使其输出限制在触发器的移相控制角min30°所对应的Uctm值3V 。当给定Ug继续增大，其值不变。（7）反相器AR的调试逻辑功能真值表如表5.4所示。输入Um110001Ui100100输出Uz000111Uf111000表5.4 逻辑功能真值表5.2 系统整体功能测试双闭环可逆调速系统的调试原则：1、先单元，后系统；2、先开环，后闭环；3、先内环，后外环；4、先单向（不可逆），后双向（可逆）；5、正组调试完后，仿照正组调试反组。正、反组分别正常后，可以做反并联运行。即切换给定单元的S1开关，使电机由正转直接切换到电机反转运行；调试完毕。5.3 系统小结在实验室模拟条件下，所设计的直流双闭环调速系统可以满足四辊可逆冷轧机的卷取机所要求的性能指标：（1），；（2）稳态时，转速无静差；（3）能够快速起动、制动；由于进行实验调试的实际系统有很大差别，并且目前我们所学有限，能力有限，所以设计中对实际问题的一些方面考虑不多，主要放在了双闭环的设计上。结束语经过两周的努力，终于做完了这次运动控制系统课程设计。这次课程设计历时一个多星期，通过这段时间的学习，发现了自己的很多不足，无论是对知识的理解还是实践能力以及理论联系实际的能力还急需提高。开始做课程设计时，因为不知从哪下手，就不假思考的照着同学给的模板做，后来发现模板里存在一些问题，于是不得不在一些地方返工。后来就是自己先系统知识，然后自己一步一步脚踏实地的做了。所以一个很深的感触就是，做好一件事情，首先要对这方面的知识系统化，然后在头脑里理清思路，哪里开始，怎样一步步做下去，怎样结束。然后再按这个计划一步步认真做。这样每天做一些东西接近目标的小小成就感，就促使着自己认真做完。此次设计使我对运动控制系统有了新的认识,更深的了解，基本掌握了双闭环直流电机调速系统的设计。这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，编辑，各种信息的查阅和分析，也大大的提高了自己的计算能力，及对WORD文档的使用等多方面的进一步的了解。本次课设应该感谢学院的安排，让我们在学习课本知识的同时，能够有这样良好的机会实践,加深对所学理论知识的理解,掌握工程设计的方法。因为认真对待所以感觉学到了东西。更应该感谢导老师的细心指导，要不然靠我们自己不可能那么顺利完成。通过这次课程设计,我深深懂得要不断的把所学知识学以致用,还需通过自身不断的努力,不断提高自己分析问题,解决问题和编程技术终结报告的能力!参考文献1 陈伯时.电力拖动自动控制系统(第3版)M.机械工业出版社.19972 欧阳昌华,刘建良.自动控制系统实验指导书M.中南大学出版社.20033 黄俊,王兆安.电力电子技术(第4版)M.机械工业出版社.20044 彭鸿才.电机原理及拖动M.机械工业出版社20075 胡寿松.自动控制原理(第五版)M.科学出版社.2001