直流电机调速控制系统设计详解.doc

成绩 电气控制与PLC 课程设计说明书 直流电机调速控制系统设计 Translate DC motor speed Control system design 学生姓名 王杰 学 号 20130503213 学院班级 信电工程学院 13自动化 专业名称 电气工程及其自动化 指导教师 肖理庆 2016年 6月 14日 目 录 1 ×× 1 1.1 ×××××× 1 1.1.1 ×××× 1 1.1.2 ×××× 1 …… 1.2 ×××××× 1 1.2.1 ×××× 1 …… 2 ××××× 2 2.1 ×××××× 2 2.1.1 ×××× 2 …… 3 ××××× 4 3.1 ×××××× 4 3.1.1 ×××× 4 …… 参考文献 5 附录 6 附录1 6 附录2 6 1 直流电机调速控制系统模型 1.1 直流调速系统的主导调速方法 根据直流电动机的基础知识可知，直流电动机的电枢电压的平衡方程为： 式(1.1) 公式中：为电枢电压；为电枢电动势；为电枢电流与电阻乘积。 由于电枢反电势为电路感应电动势，故： 式(1.2) 式中：为电动势常数；为磁通势；为转速。 由此得到转速特性方程如下： 式(1.3) 由式（1.3）可以看出,调节直流电动机的转速有以下三种方法： 1.改变电枢回路的电阻R——电枢回路串电阻调速。属于有级调速，且不易构成自动调速系统，当电机低速运行时，电枢外串电阻上的功耗大，系统效率低，故一般不予采用。 2.减弱励磁磁通——弱磁调速。可以构成无极调速，但只能在电动机额定转速以上做小范围的升速，不能作为主导调速方法。 3.调节电枢电压Ｕ——降压调速。可以构成无极调速，且调速范围大、控制性能好。而且，现代电力电子技术的发展，使得直流电源输出电压能够非常容易地实现连续可调。 因此，降压调速是直流电机调速系统的主导调速方法。 1.2 直流电机调速控制的传递函数 在直流电机调速系统中通常是以他励式直流电动机为控制对象,其等效控制 电路如图1-1所示。 图1-1他励直流电机等效控制电路 1.2.1 电流与电压的传递函数 由上述电路图，得出其相应的动态方程： 式(1.4) 式中：L为电枢回路电感；为，感应电动势。 公式变换后得： 式(1.5) 式中：,为电机电枢回路的电磁时间常数。 对两边同时拉氏变换后，整理可得电流与电压的传递函数： 式(1.6) 1.2.2 电动势与电流的传递函数 由已学可知，单轴系统的运用方程为: 式(1.7) 由于输出转矩与电磁转矩和空载转矩之间的关系为： 式(1.8) 若忽略空载转矩，则式(1.8)可简化为： 式(1.9) 其中，有： 式(1.10) 式(1.11) 且,,故可得： 式(1.12) 式中：是电力拖动系统整个运动部分折算到电动机轴上的转动惯量。 因为本系统选用的是永磁直流电机，所以电动机的转矩是电枢电流的比例函数，其方程式为：