1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課題：轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)系 別：電氣與電子工程系專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化姓 名：黃敬榮、李濤、王洪遠(yuǎn)學(xué) 號(hào)：（06、13、26）指導(dǎo)教師：李曉輝、王明杰、刑廣成河南城建學(xué)院2010年1月15日成績?cè)u(píng)定一、指導(dǎo)教師評(píng)語（根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量、答辯情況及其平時(shí)表現(xiàn)綜合評(píng)定）。二、評(píng)分（按下表要求評(píng)定）評(píng)分項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告評(píng)分答辯評(píng)分平時(shí)表現(xiàn)評(píng)分合 計(jì) （100分）任務(wù)完成情 況（20分）課程設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量（40分）表達(dá)情況（10分）回答問題情 況（10分）工作態(tài)度與紀(jì)律（10分）獨(dú)立工作能力（10分）得分課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào)成績： 分（折合

2、等級(jí) ）指導(dǎo)教師簽字 年 月 日一、設(shè)計(jì)目的：通過對(duì)一個(gè)使用控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用科學(xué)理論知識(shí)，提高工程意識(shí)和實(shí)踐技能，使學(xué)生獲得控制技術(shù)工程的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析解決實(shí)際問題的初步應(yīng)用能力。二、設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，畫出系統(tǒng)框圖，完成元器件的選擇和調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。三、總體設(shè)計(jì)： 變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率成交流電動(dòng)機(jī)采用變頻起動(dòng)更能顯著改善交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，大幅降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)差頻率控制異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速是公認(rèn)的一項(xiàng)性能較優(yōu)越的控制策略。目本文通過分析轉(zhuǎn)差頻率控制調(diào)速系統(tǒng)原理，將調(diào)速系統(tǒng)模塊化，達(dá)到調(diào)速要求。

3、1轉(zhuǎn)差頻率控制原理：當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時(shí)異步電機(jī)的機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式為：當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)差n額定空載轉(zhuǎn)速n0相比很小時(shí)（nn0），nn0x2ar2,可以從式中約去，這樣式(1)可以簡化為：從式(2)中可得，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率Ws較小且磁通m恒定時(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與Ws成正比。這時(shí)只要控制轉(zhuǎn)差頻率Ws就能控制轉(zhuǎn)矩T，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制。若要使轉(zhuǎn)差頻率s較小，只要有提供異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋即可實(shí)現(xiàn)。若要保持m為恒值，即保持勵(lì)磁電流Im恒定，而勵(lì)磁電流Im與定子電流I1有如下關(guān)系，因此若，I1按照上述規(guī)律變化，則Im恒定，即m恒定。f轉(zhuǎn)差頻率控制策略是：利用測(cè)速環(huán)節(jié)得到轉(zhuǎn)速U與轉(zhuǎn)速給定U*、比較，限制輸出頻

4、率f1，使轉(zhuǎn)差率Us (即s)不太大；控制定子電流I1，使得勵(lì)磁電流Im保持恒定；這時(shí)控制s實(shí)現(xiàn)調(diào)速。系統(tǒng)原理圖如圖l所示。圖l 轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖從圖1可知系統(tǒng)由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、函數(shù)發(fā)生器、加法器，整流與逆變電路，PWM控制電路，異步電動(dòng)機(jī)及測(cè)量電路等組成，其中異步電動(dòng)機(jī)由SPWM控制逆變器供電。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出是轉(zhuǎn)差頻率給定值U,表轉(zhuǎn)矩給定。函數(shù)發(fā)生器輸入轉(zhuǎn)差頻率產(chǎn)生Ui1*。信號(hào)，并通過電流調(diào)節(jié)ACR控制定子電流。以保持m為恒值；加法器對(duì)轉(zhuǎn)差頻率和轉(zhuǎn)速信號(hào)求和得到變頻器的輸出頻率。電流調(diào)節(jié)ACR和加法器的輸出分別控制正弦波幅值和頻率。從而實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)變頻調(diào)速

5、。2 . 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 采用模擬電路。其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。而且有溫漂現(xiàn)象影響精度并降低了系統(tǒng)的性能。本文主要采用模擬與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)系統(tǒng)。采用模擬電路來設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器。在系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速通過測(cè)發(fā)電機(jī)以電壓的形式輸入到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中，定子電流通過電流互感器以電壓的形式輸入到電流調(diào)節(jié)器中，采用單片機(jī)控制系統(tǒng)來取代函數(shù)發(fā)生器、加法器及SPWM控制電路。(1) 主電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路采用交一直一交結(jié)構(gòu)，如圖2所示。整流器采用不可控整流。輸入為ACl39 V。功率管采用IPM模塊。內(nèi)部集成驅(qū)動(dòng)電路，過壓、過流及過溫檢測(cè)電路。逆變器輸出的三相交流電壓通過U，V，W 3個(gè)端口接交流電機(jī)。交流電機(jī)采用石家莊瑞

6、特電器有限公司銷售的RTDJ36型教學(xué)用三相交流異步電機(jī)，其額定電壓為220 V，額定電流為055 A，額定轉(zhuǎn)速為l 400 rmin，額定功率為100 W。圖2 系統(tǒng)主電路（2） 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)圖3 調(diào)節(jié)器電路系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)，內(nèi)環(huán)為電流調(diào)節(jié)器(ACR)，均采用PI調(diào)節(jié)器，如圖3所示，調(diào)節(jié)電位器RP2和RP3可以設(shè)定限幅值。調(diào)節(jié)電位器RPl可以改變調(diào)節(jié)器P參數(shù)在6-615范圍內(nèi)變化，改變可調(diào)電容C的值可以改變調(diào)節(jié)器的I參數(shù)。對(duì)于ASR，輸入分別接速度給定信號(hào)U*與速度反饋信號(hào)U，4輸出為轉(zhuǎn)差頻率信號(hào)Us*，調(diào)節(jié)電位器RP2和RP3可以設(shè)置轉(zhuǎn)差頻率Us*限幅值；對(duì)于A

7、CR，輸入分別接定子電流給定值與定子電流反饋，輸出接單片機(jī)控制系統(tǒng)。（3） 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)圖 4 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)采用電壓和電流環(huán)、函數(shù)發(fā)生器、整流環(huán)、逆變器進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出是轉(zhuǎn)差頻率給定值U,表轉(zhuǎn)矩給定經(jīng)過電壓環(huán)節(jié)，函數(shù)發(fā)生器輸入轉(zhuǎn)差頻率產(chǎn)生Ui1*。信號(hào)，在經(jīng)過電流環(huán)節(jié)、整流環(huán)節(jié)，加入擾動(dòng)量然后經(jīng)過逆變器，再而經(jīng)過反饋環(huán)節(jié)從而調(diào)節(jié)誤差量，從而實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)變頻調(diào)速。3. 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。電路主要采由AT89C51和SA8282芯片、AD轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊等組成。圖 5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖SA8282是英國MITEL公司生產(chǎn)的三相SPWM發(fā)生

8、器，可作為AT89C51的可讀寫的外設(shè)阿。在工作之前，先對(duì)SA8282進(jìn)行初始化，即由AT89C51向初始化寄存器和控制寄存器輸入控制字進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。SA8282根據(jù)地址信號(hào)從波形ROM中讀取波形數(shù)據(jù)。在波形ROM中只存有0。900的波形瞬時(shí)值，由于調(diào)制波形關(guān)于900，1800和2700對(duì)稱，故在SA8282讀取波形數(shù)據(jù)后通過相位控制邏輯得到03600的完整波形。然后再通過脈沖取消電路和脈沖延時(shí)電路產(chǎn)生6路SPWM波形。控制系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。在初始化程序中。AT89C51對(duì)SA8282送入初始化控制字。 用于確定載波頻率、調(diào)制頻率范圍、死區(qū)時(shí)間和最小脈寬等參數(shù)。轉(zhuǎn)差頻率。轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)AD

9、轉(zhuǎn)換后接人AT89C51，完成式(3)的計(jì)算得到定子給定電流Im，保證m恒定，將實(shí)際轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差頻率相加得到并顯示系統(tǒng)的輸出頻率及電機(jī)轉(zhuǎn)速。ACR輸出信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后作為SA8282的輸出脈寬信號(hào)。得到的輸出脈寬和頻率通過AT89C51輸出控制指令到SA8282控制寄存器，完成對(duì)SA8282的輸出脈寬和頻率的控制，產(chǎn)生6路SPWM波形，用于驅(qū)動(dòng)逆變器的6個(gè)開關(guān)管。圖 6 系統(tǒng)軟件流程圖4. 系統(tǒng)測(cè)試整定轉(zhuǎn)速設(shè)定(r/min)穩(wěn)定時(shí)間（s）l400r/min13s 圖6為搭接好該實(shí)驗(yàn)裝置電路并設(shè)置好實(shí)驗(yàn)參數(shù)后。當(dāng)給定轉(zhuǎn)速設(shè)定為l400r/min波形。從波形可以看出電動(dòng)機(jī)在13 s后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)滿足

10、要求。圖 6 波形四、設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)我們深刻的認(rèn)識(shí)到：自己在過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，以前學(xué)習(xí)過的理論掌握的并不牢固，理論與實(shí)踐結(jié)合的面和點(diǎn)的錯(cuò)位等等。因此我們經(jīng)過復(fù)習(xí)課本知識(shí)和查閱資料，對(duì)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了更深刻的理解。在設(shè)計(jì)的這幾天里，使我們學(xué)會(huì)了過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理論，提高了自己的工程意識(shí)和設(shè)計(jì)技能；通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在學(xué)習(xí)和工作上一定要保持刻苦鉆研、積極進(jìn)取的態(tài)度，在學(xué)術(shù)求證中要敢于創(chuàng)想，勇于實(shí)踐，只有通過自己的刻苦鉆研才會(huì)取得進(jìn)步和成功。五、參考文獻(xiàn)【1】馬志源 電力拖動(dòng)控制系統(tǒng) 2004【2】楊耕、羅應(yīng)立 電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 200