基于PLC的直流电动机双闭环调速系统设计.doc资源-CSDN文库

版权申诉

101 浏览量 2023-06-21 17:09:20 上传评论收藏 843KB DOC 举报

资源推荐

资源详情

资源评论

基于 PLC 的直流电动机双闭环调速系统设计

1.PLC 直流调速系统的概述

三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的

更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整

流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成

化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指

标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善

化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替

代。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的

要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改

变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,

使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜

于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属

切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛

的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和

实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系

统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。

可编程序控制器（Programmable Controller,PC）在其早期主要应用于开关量

的逻辑控制，因此也称为 PLC(Programmable Logic Controller),即可编程序

逻辑控制器。可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动

控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积

小、编程简单、功能强、抗干扰能力强、可靠性高、灵活通用与维护方便等优

点，目前在冶金、化工、交通、电力等工业领域获得了广泛的应用，成为了现

代工业控制的四大支柱（可编程序控制器技术、机器人技术、CAD/CAM 技术和

数控技术）之一。为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称 PC 混

淆，可编程控制器均简称为 PLC。

1.1 PLC 的基本组成

PLC 的基本组成为四部分：中央处理器（CPU）\存储器、输入/输出

（I/O）模块和电源。

1.2 PLC 的功能

现在的 PLC 一般具有如下主要功能：

1）开关量逻辑控制功能

2）定时/计数控制功能

3）数据处理功能

4）监控、故障诊断功能

5）步进控制功能

6）A/D、D/A 转换功能

7）停电记忆功能

8）扩展功能

9）通信连网功能

10）远程 I/O 功能

1.3 PLC 的特点

1）可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是 PLC 最突出的特点之一。

2）编程、操作简易方便、程序修改灵活

3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

4）易于系统的设计、安装、调试和维修

5）体积小、重量轻、功耗低、响应快

PLC 发展到今天，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以

外，现代 PLC 多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来

PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制，CNC 等各种

工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成

各种控制系统变得非常容易。

1.4 研究课题的目的和意义

直流电动机因具有良好的起、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应用。晶闸管问世后，

生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管—电动机调速系统（简称 PLC 系

统）。采用速度、电流双闭环直流调速系统,可以充分利用电动机的过载能力

获得最快的动态过程，调速范围广，精度高，和旋转变流机组及离子拖动变流

装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技

术性能上也显示出较大的优越性，动态和静态性能均好，且系统易于控制。双

闭环系统的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流；该系统可以

自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动的影响；且采用双闭环控制提高

了系统的阻尼比，因而较之单闭环控制具有更好的控制特性。

尽当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中 V-M

系统的应用还是有相当的比重。所以以此为课题进行研究具有一定的实用价值。

1.5 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的发展趋势

双闭环不可逆调速系统在上世纪七十年代在国外一些发达国家兴起，经过

数十年的发展已经成熟，在二十一世纪已经实现了数字化与智能化。我国在直

流调速产品的研发上取得了一定的成就，但和国外相比仍有很大差距。我国自

主的全数字化直流调速装置还没有全面商用，产品的功能上没有国外产品的功

能强大。而国外进口设备价格昂贵，也给国产的全数字控制直流调速装置提供

了发展空间。

目前，发达国家应用的先进电气调速系统几乎完全实现了数字化，双闭环控

制系统已经普遍的应用到了各类仪器仪表，机械重工业以及轻工业的生产过程

中。随着全球科技日新月异的发展，双闭环控制系统总的发展趋势也向着控制

的数字化，智能化和网络化发展。

而在我们国内，双闭环控制也已经经过了几十年的发展时期，目前已经基本

发展成熟，但是目前的趋势仍是追赶着发达国家的脚步，向着数字化发展。

1.6 本课题采用的技术方案及技术难点

根据本课题的实际情况，宜从以下三个方面入手分析：

1．.直流双闭环调速系统的工作原理及数学模型

2．双闭环直流调速的工程设计

3．应用 MATLAB 软件对设计的系统进行仿真和校正

本课题所涉及的调速方案本质上是改变电枢电压调速。该调速方法可以实

现大范围平滑调速，是目前直流调速系统采用的主要调速方案。但电机的开环

运行性能（静差率和调速范围）远远不能满足要求。按反馈控制原理组成转速

闭环系统是减小或消除静态转速降落的有效途径。转速反馈闭环是调速系统的

基本反馈形式。可要实现高精度和高动态性能的控制，不仅要控制速度，同时

还要控制速度的变化率也就是加速度。由电动机的运动方程可知，加速度与电

动机的转矩成正比关系，而转矩又与电动机的电流成正比。因而同时对速度和

电流进行控制，成为实现高动态性能电机控制系统所必须完成的工作。因而也

就有了转速、电流双闭环的控制结构。

关于系统设计：直流电机调速系统是一个高阶系统,其设计非常复杂。本

设计利用阶次优化的原理对系统的工程设计方法进行了分析。设计电机调速系

统时应综合考虑各方面的因素,按全局最优的观点正确选择合理的阶次

[4]

。工

程设计方法的基本思路是先选择调节器的结构，以确保系统的稳定性，同时满

足所需要的稳态精度；再选择调节器的参数，以满足动态性能指标。应用到双

环调速系统中，先从电流环入手，按上述原则设计好电流调节器，然后把整个

电流环看作是转速调节系统中的一个等效环节，再设计转速调节器。

2.PLC 双闭环调速系统的组成和设计

双闭环调速系统是建立在单闭环自动调速系统上的，实际的调速系统除

要求对转速进行调整外, 很多生产机械还提出了加快启动和制动过程的要求,

这就需要一个电流截止负反馈系统。

由 12 图启动电流的变化特性可知，在电机启动时, 启动

电流很快加大到允许过载能力值

, 并且保持不变, 在这个

条件下, 转速

得到线性增长, 当开到需要的大小时, 电机的

电流急剧下降到克服负载所需的电流

f z

值,对应这种要求可控

硅整流器的电压在启动一开始时应为

I R

, 随着转速

的上升,

dm e

U I R C n

= +

也上升, 达到稳转速时,

fz e

U I R C n

= +

。

这就要求在启动过程中把电动机的电流当作被调节量, 使之维持

在电机允许的最大值

, 并保持不变。这就要求一个电流调节图 1 带截止

负反馈系统启动电流波形

器来完成这个任务。带有速度调节器和电流调节器的双闭环调速系统便是在这

种要求下产生的。

图 1 PLC 转速、电流双闭环直流调速系统原理框图

（注: ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—直流测速发电机

TA—电流互感器 UPE—电力电子装置 Un*—转速给定电压 Un—转速反

馈电压 Ui*—电流给定电压 Ui —电流反馈电压）

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节

器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图 5-2 所示。这就是说

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晶

闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫内环；转速

调节环在外边，叫做外环，这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。

3.总体方案设计

调速方式的选择

直流电动机电枢回路的电压平衡方程为

IaRU �� E

电枢反电势为

nCeE ��

由此得到转速特性方程如下

nCeIaRUn �� /)(

由转速特征方程可以看出，调节直流电动机的调速方法有如下 3 种：

1. 调节电枢电压调速

改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向

下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，

这种方法最好。I

变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可

调直流电源。

2. 改变电动机励磁调速

改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速，从电机额定

转速向上调速，属于恒功率调速方法。I

变化时间遇到的时间常数同 I

变化

遇到的相比要大得多，响应速度较慢，所需电源容量较小。

3. 改变电枢电阻调速

在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但只

能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软，空载时几乎没什么调速作用

还会在调速电阻上消耗大量电能。

剩余17页未读，继续阅读

评论收藏

内容反馈

版权申诉

老帽爬新坡

粉丝: 82
资源: 2万+

基于PLC的直流电动机双闭环调速系统设计.doc

直流电动机双闭环调速系统设计.doc

基于PLC的直流电动机双闭环调速系统设计毕业设计.doc

基于PLC的直流电动机双闭环调速系统设计说明.doc

直流电动机调速系统的设计.doc

基于PLC的直流电动机双闭环调速系统设计.pdf

基于PLC模拟量方式变频闭环调速控制系统设计.doc

基于PLC的双闭环直流调速系统方案.doc

基于PLC的双闭环调速系统设计1.doc

直流电动机调速系统设计.doc

直流电动机调速系统设计

直流电动机调速系统的设计课程设计.doc

双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真.doc

基于PLC控制的小型货物升降机调速系统设计.docx

基于PLC的直流数字调速系统设计.doc

基于plc的交流电动机的调速控制设计.doc

基于plc的电机变频调速系统设计.doc

双闭环他励直流电动机调速系统设计说明.doc

双闭环直流电动机调速系统设计与MATLAB仿真.doc

双闭环直流电动机数字调速系统设计

基于PLC模拟量闭环调速系统.zip西门子PLC编程实例程序源码下载

基于PLC交流异步电动机转速闭环系统设计.doc

基于单片机的直流电动机调速系统

毕业论文-基于AVR的直流电动机双闭环调速系统

最新资源