《电力拖动与运动控制系统》课程设计任务书。
2015-2016第2学期。
设计专题题目：双闭环直流调速系统的设计。
一、课程设计的目的。
课程设计是教学计划规定的一个重要教学环节，是一个综合运用所学知识解决工程实际问题的过程。本课程设计不仅需要控制理论、硬件设计、程序设计等方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。设计包括明确控制系统要求、系统总体方案设计、系统**、硬件系统设计、控制软件的设计等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。
课程设计需要提供设计报告，通过提交设计报告提高学生们编写报告的水平。二、设计内容和要求。
直流调速系统凭借其优良的调速性能在现场中得到了广泛使用，虽然交流电机得到了越来越多的使用，但直流调速系统的理论完全适用于交流电机调速系统的设计。
针对附录中提供的直流电机参数，进行直流电机调速系统的设计。要求该直流调速系统调速范围宽、起制动性能好、可四象限运行，具体设计内容如下：
1.绪论。介绍直流调速在工业生产中的应用及直流调速理论的发展，通过调查市场上的直流调速产品，了解目前直流调速产品的结构与功能。
2.直流调速系统的主电路设计。
1)根据提供的直流电动机参数，选择相应的主电路形式，主电路主要采用两种形式：基于h桥的直流脉宽调速系统、晶闸管—电动机直流调速系统。
2)根据附录中所提供的直流电机参数和选择的主电路形式，对主电路中的功率器件进行型号选择，并要求给出选择依据；
3)根据选择的主电路拓扑结构所采用的电力电子器件，设计或选择电力电子器件的驱动电路。要求给出所设计或选择的晶闸管触发电路、全控型器件igbt驱动电路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明。
4)根据系统控制要求，选择相应的电压、电流和温度等传感器，要求给出具体型号；(5)要求在主回路设计中需给出相应的保护及缓冲电路；
6)列出所选用主电路的器件清单(包括：名称、型号、厂商、数量、参考**)。
3.直流调速系统的控制理论。
1)给出双闭环直流调速系统的动态结构框图，掌握双闭环直流调速系统的起动过程与特点；
2)根据提供的直流电动机参数和所设计的电力电子变换环节参数，确定动态结构框图各环节的具体参数；
3)运用工程化设计方法对直流调速系统的调节器进行参数设计，要求必须给出限幅的具体参数及依据，以**的形式总结所设计的转速调节器、电流调节器的参数；
4)利用protel软件绘制带有内外限幅的pi调节器的模拟电路图，要求根据设计的pi调节器参数确定调节器中电阻和电容的参数；
5)给出确定各环节参数后的直流调速系统完整结构框图。4.双闭环直流调速系统的matlab**。
1)根据上述双闭环直流调速系统的动态结构框图，建立matlab**模型，并对调节器参数设计的合理性进行验证；
2)运用matlab/simulink下的电机模型，建立基于电机模型的**模型，并对调节器的参数作出调整。
5.数字控制器的设计。
1)硬件设计：根据所选数字处理器，进行相应硬件电路的设计，要求包括pwm输出、ad采样及信号处理电路、编码器接口等；
2)软件设计：给出双闭环直流调速系统的整体控制流程图，并给出增量式pi调节器、数字测速的程序流程框图。
6.直流脉宽调速实验装置的调试。
1)根据提供的实验套件，焊接、调试控制板硬件电路；
2)编写液晶屏显示、模拟量采集、转速检测、pi调节器、pwm输出等程序，并在所提供的实验套件上进行实验。
三、参考资料。
1]陈伯时，电力拖动自动控制系统—运动控制系统（第4版)[m].北京：机械工业出版社，2009.
2]陈伯时，电力拖动自动控制系统—运动控制系统（第3版)[m].北京：机械工业出版社，2005.
3]汤蕴缪，等。电机学(第三版).北京：
机械工业出版社，2007.[4]谢克明，等。自动控制原理(第二版).
北京：电子工业出版社，2008.[5]王兆安，等。
电力电子技术[m].北京：机械工业出版社，2000.
6]洪乃刚，电力电子和电力拖动控制系统的matlab**，北京：机械工业出版社，2006.
附录：直流电机参数。
直流电机1：
额定功率pe=3kw；额定电压ue=220v额定电流ie=17.3a；额定转速ne=1500r/min电枢回路总电阻r=2.5;电磁时间常数tl=0.
017s;机电时间常数tm=0.076s；电动势系数ce=0.1352v/（ 直流电机2：
额定功率： 2.2kw额定电压：220v
额定电流：ie=12.5a额定转速：
ne=1500r/min电枢回路总电阻r=2.5;电磁时间常数tl=0.010s;机电时间常数tm=0.
073s；电动势系数ce=0.1352v/（ 直流电机3：
额定功率pe=1.5kw；额定电压ue=156v额定电流ie=11.5a；额定转速ne=1000r/min电枢回路总电阻r=2.
4;电磁时间常数tl=0.004s;机电时间常数tm=0.07s；电动势系数ce=0.
144v/（ 直流电机4：
额定功率pe=15kw；额定电压ue=440v额定电流ie=39.3a；额定转速ne=1510r/min电枢回路总电阻r=0.806;电磁时间常数tl=0.
0167s;机电时间常数tm=0.76s；电动势系数ce=0.270v/（
直流电机5：
额定功率pe=18kw；额定电压ue=220v额定电流ie=94a；额定转速ne=1000r/min电枢回路总电阻r=0.45;电磁时间常数tl=0.0297s;机电时间常数tm=0.
427s；电动势系数ce=0.2059v/（ 直流电机6：
额定功率pe=10kw；额定电压ue=220v额定电流ie=55a；额定转速ne=1000r/min电枢回路总电阻r=0.6;电磁时间常数tl=0.00833s;机电时间常数tm=0.
045s；电动势系数ce=0.1925v/（ 直流电机7：
额定功率pe=11kw；额定电压ue=230v额定电流ie=47.8a；额定转速ne=1450r/min电枢回路总电阻r=1.8;电磁时间常数tl=0.
00278s;机电时间常数tm=0.2015s；电动势系数ce=0.1290v/（ 直流电机8：
额定功率pe=3.7kw；额定电压ue=220v额定电流ie=20a；额定转速ne=1000r/min电枢回路总电阻r=1.5;电磁时间常数tl=0.
018s;机电时间常数tm=0.080s；电动势系数ce=0.206v/（
直流电机9：
额定功率pe=60kw；额定电压ue=220v额定电流ie=308a；额定转速ne=1000r/min电枢回路总电阻r=0.18;电磁时间常数tl=0.012s;机电时间常数tm=0.
120s；电动势系数ce=0.196v/（ 直流电机10：
额定功率pe=200w；额定电压ue=220v额定电流ie=1.2a；额定转速ne=1600r/min电枢回路总电阻r=5.2;电磁时间常数tl=0.
0091s;机电时间常数tm=0.4825s；电动势系数ce=0.1290v/（ 直流电机11：
额定功率pe=3kw；额定电压ue=160v额定电流ie=24a；额定转速ne=1540r/min电枢回路总电阻r=0.785;电磁时间常数tl=0.00306s;机电时间常数tm=0.
09437s；电动势系数ce=0.0917v/（ 直流电机12：
额定功率pe=15kw；额定电压ue=160v额定电流ie=120a；额定转速ne=1000r/min电枢回路总电阻r=0.4;电磁时间常数tl=0.023s;机电时间常数tm=0.
2s；电动势系数ce=0.136v/（
直流电机13：
额定功率pe=1.5kw；额定电压ue=220v额定电流ie=8.7a；额定转速ne=1500r/min电枢回路总电阻r=5.
26;电磁时间常数tl=0.021s;机电时间常数tm=0.016s；电动势系数ce=0.
132v/（ 直流电机14：
额定功率pe=22kw；额定电压ue=220v额定电流ie=116a；额定转速ne=1500r/min电枢回路总电阻r=0.112;电磁时间常数tl=0.116s;机电时间常数tm=0.
157s；电动势系数ce=0.138v/（ 直流电机15：
额定功率pe=90kw；额定电压ue=440v额定电流ie=220a；额定转速ne=1800r/min电枢回路总电阻r=0.088;电磁时间常数tl=0.0174s;机电时间常数tm=0.
1s；电动势系数ce=0.234v/（
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