控制系统课程设计任务书.docx

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控制系统课程设计任务书

控制系统课程设计任务书

课程设计任务书

学年第一学期

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作部门：

一、课程设计题目：

直流调速系统设计及仿真和此处根据自己做的题写名称

二、设计目的：

《控制系统课程设计》是继“自动控制系统”课之后开设的实践性环节课程。

由于它是一门理论深、综合性强的专业课，单是学习理论而不进行实践将不利于知识的接受及综合应用。

本课程设计将起到从理论过渡到实践的桥梁作用,通过该环节训练达到下述教学目的：

1、通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。

2、通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，达到培养学生综合应用所学知识能力、培养学生实际查阅相关设计资料能力的目的、培养学生工程绘画和编写设计说明书的能力。

3、通过课程设计，提高学生理论联系实际，综合分析和解决实际工程问题的能力。

通过它使学生理论联系实际，以实际系统作为实例，对系统进行分析设计，掌握控制系统设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范、设计步骤方法及系统调试步骤。

通过设计培养学生严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风。

培养学生的创新意识和创新精神，为今后走向工作岗位从事技术打下良好基础。

三、课程设计内容（含技术指标）

1．直流调速系统设计及仿真题目和设计要求：

（直流调速系统选项一题）

（一）直流调速系统的设计选题1

（1）电机数如下表：

机架序号

电动机

型号

Pn（KW）

Un（V）

In（A）

nn（r/min）

Ra（Ω）

GDa2（Nm2）

Ｐ极对数

１

Z2-92

67

230

291

1450

0.2

68.60

1

２

Z2-91

48

230

209

1450

0.3

58.02

1

３

Z2-82

35

230

152

1450

0.4

31.36

1

４

Z2-81

26

230

113

1450

0.5

27.44

1

５

Z2-72

19

230

82.55

1450

0.7

11.76

1

６

Z2-71

14

230

61

1450

0.8

9.8

1

７

Z2-62

11

230

47.8

1450

0.9

6.39

1

８

Z2-61

8.5

230

37

1450

1.0

5.49

1

９

Z2-52

6

230

26.1

1450

1.1

3.92

1

10

Z2-51

4.2

230

18.25

1450

1.2

3.43

1

（2）技术数据

１．电枢回路总电阻取Ｒ＝２Ｒa；总飞轮力矩：

。

２．其他参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。

３．要求：

调速范围Ｄ＝10，静差率Ｓ

５％：

稳态无静差，电流超调量

；启动到额定转速时的转速退饱和超调量

。

４．要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。

５．要求触发脉冲有故障封锁能力。

６．要求给拖动系统设置给定积分器。

（3）设计的内容

1.调速的方案选择

（1）直流电动机的选择（根据上表按小组顺序选择电动机型号）

（2）电动机供电方案的选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控整流器供电方案）；

（3）系统的结构选择（要求通过方案比较后，采用转速电流双闭环系统结构）；

（4）确定直流调速系统的总体结构框图。

2.主电路的计算（可参考“电力电子技术”中有关主电路技术的章节）

（1）整流变压器计算，二次侧电压计算；一、二次侧电流的计算；容量的计算。

（2）晶闸管元件的选择。

晶闸管的额定电压、电流计算。

（3）晶闸管保护环节的计算。

a）交流侧过电压的保护；b）阻容保护、压敏电阻保护计算；c）直流侧过电压保护；d）晶闸管及整流二极管两端的过电压保护；e）过电流保护。

f）交流侧快速熔断器的选择,与元件全连的快速熔断器的选择,直流侧快速熔断器的选择。

（4）平波电抗器计算。

３.触发电路的选择与校验

触发电路种类多，可直接选用，电路中元器件参数可参照有关电路进行选用。

4.控制电路设计计算：

主要包括：

给定电源和给定环节的设计计算、转速检测环节的设计与计算、调速系统的稳态参数计算、调速系统的稳态参数计算。

5.双闭环直流调速系统的动态设计：

主要设计转速调节器和电流调节器，可参阅双闭环调速系统调节器的工程设计法进行设计。

6.对系统进行仿真校验并上交设设说明书。

（二）直流调速系统的设计选题2

不可逆直流调速系统设计：

设计数据：

直流电机额定功率PN=10KW；额定电压UN=220V,额定电流IN=55A,极对数2P=4,转速nN=1000r/min；电枢电感LD=7mH；电枢电阻Ra=0.5Ω,励磁电压UL=220V,励磁电流IL=1.6A；要求系统调速范围D=10,S≤5%，电流脉动系数Si≤10%。

设计要求:

1、调速方案选择及确定

2、主电路计算和元件选择

3、触发电路设计选择

4、控制回路设计元件选择和指标校验

5、辅助电路设计及选择

6、PCB板设计（选做）

7、调试方案制订

8、对系统进行仿真

9、上交设计说明书，原理图

（三）直流调速系统的设计选题3

某晶闸管供电的双闭环系统设计设计数据：

直流电机额定功率PN=60KW；额定电压UN=220V,额定电流IN=308A,转速nN=1000r/min；电势系数Ce=0.196V·min/r；主回路总电阻R=0.18Ω,触发整流环节放大倍九Ks=35；电磁时间常数Tl=0.012s,机电时间常数Tm=0.12s,电流反馈滤波时间常数Toi=0.0025s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.015s。

各调节器限幅为8V，励磁电压UL=110V,励磁电流IL=0.8A；要求系统调速范围D=10,S≤10%，电流超调量σi%≤5%,转速超调量σn%≤12%.

设计要求:

1、调速方案选择及确定

2、电路计算和元件选择

3、触发电路设计选择

4、控制回路设计元件选择和指标校验

5、辅助电路设计及选择

6、PCB板设计（选做）

7、调试方案制订

8、对系统进行仿真

9、上交设计说明书，原理图及PCB板图

（四）直流调速系统的设计选题4

直流电动机：

型号Z3-51

额定功率PN=5.5kW，额定电压UN=220v

额定电流IN=28.6A，额定转速nN=1500r/min,，J=0.021kg·m2

励磁方式：

他励，励磁额定电流Iex=0.75A

要求：

（1）静态指标：

调速范围D=5，静态指标S<0.1%，

（2）动态指标：

动态调整时间Δt≤2s，空载起动到额定转速时的转速超调бn<=20%设计要求:

1、方案选择及确定

2、电路计算和元件选择

3、触发电路设计选择

4、控制回路设计元件选择和指标校验

5、辅助电路设计及选择

6、PCB板设计（选做）

7、调试方案制订

8、对系统进行仿真

9、上交设计说明书，原理图

2．交流调速系统建模及仿真（交流调速系统选一题）

1、交流调压调速系统建模及仿真。

系统设计数据技术数据：

380V，50HZ，三相交流供电电源

鼠笼式三相交流异步电动机，额定功率PN=2.2kW，额定电压UN=380v，额定电流IN=10A，额定转速nN=1460r/min,，J=0.255kg·m2，Rs=0.435Ω，Rr=2Ω，P=2。

建立交流调压调速系统的仿真模型，并进行参数设置。

做出仿真结果，上交说明书。

2、串级调速系统系统建模及仿真：

系统设计数据技术数据：

380V，50HZ，三相交流供电电源

绕线式三相交流异步电动机，额定功率PN=2.2kW，额定电压UN=380v，额定电流IN=5A，额定转速nN=1460r/min,，J=0.045kg·m2，Rs=1.435Ω，P=2。

建立串级调速系统的仿真模型，并进行参数设置。

做出仿真结果，上交说明书。

3、交-交变频调速系统的建模与仿真：

系统设计数据技术数据：

380V，50HZ，三相交流供电电源

鼠笼式三相交流异步电动机，额定功率PN=2.2kW，额定电压UN=380v，额定电流IN=10A，额定转速nN=1460r/min,，J=2kg·m2，Rs=0.435Ω，Rr=3Ω,P=2。

建立交-交变频调速系统的仿真模型，并进行参数设置。

做出仿真结果，上交说明书。

4、矢量控制变频调速系统的建模与仿真：

系统设计数据技术数据：

380V，50HZ，三相交流供电电源

鼠笼式三相交流异步电动机，额定功率PN=2.2kW，额定电压UN=380v，额定电流IN=10A，额定转速nN=1460r/min,，J=0.2kg·m2，Rs=0.087Ω，Rr=0.228Ω,P=2。

建立磁链开环、转速和电流闭环的异步电机矢量控制调速系统仿真模型，并进行参数设置。

做出仿真结果，上交说明书。

5、直接转矩控制系统的建模与仿真：

系统设计数据技术数据：

380V，50HZ，三相交流供电电源

鼠笼式三相交流异步电动机，额定功率PN=12kW，额定电压UN=380v，额定电流IN=25A，额定转速nN=1460r/min,，J=0.02kg·m2，Rs=0.16891Ω，Rr=0.13973Ω,P=2。

建立直接转矩控制系统的仿真模型，并进行参数设置。

做出仿真结果，上交说明书。

6、转速开环恒压频比控制交流电机调速系统建模与仿真

系统设计数据技术数据：

380V，50HZ，三相交流供电电源

鼠笼式三相交流异步电动机，额定功率PN=2.2kW，额定电压UN=380v，额定电流IN=10A，额定转速nN=1460r/min,，J=0.2kg·m2，Rs=0.087Ω，Rr=0.228Ω,P=2。

建立调速系统仿真模型，并进行参数设置。

做出仿真结果，上交说明书。

四、课程设计基本要求

通过课程设计，学生应掌握控制系统工作原理、总体方案确定原则、主电路设计及元器件选型、控制回路设计及元器件选择、辅助回路设计等。

并能熟练应用相应软件绘制原理图，并能应用控制系统仿真软件对所设计系统进行仿真实验。

1）本课程设计应根据设计任务书以设计技术规程及规定进行，完成内容：

1.根据设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。

2.要求掌握直流调速系统的设计内容、方法、步骤和交流调速系统建模与仿真。

3.学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数。

4.学会绘制有关电气系统原理图和编制元器件明细表。

5.学会编写设计说明书。

6.通过对所设计的系统进行仿真实验，掌握系统仿真的方法。

2）实施过程：

1.学生分组、布置题目。

按学号分组，然下达课程设计任务书，原则上每小组一个题目。

2.熟悉题目并选题，收集资料。

设计开始，每个学生根据所选的题目，充分了解技术要求，明确设计任务，收集资料，包括参考书、手册和图表等，为设计做好准备

3.直流调速系统设计及仿真。

正确选定系统方案，并进行主电路和保护电路设计、计算和元器件选型，认真画出系统总体结构框图。

4.直流调速系统控制电路的方案选定、设计、计算和元器件选型，完成操作电路原理设计和元件选型，最后进行仿真实验并校验是否达到要求。

5.交流调速系统的建模与仿真，先简要讲述基本原理，然后进行建模仿真，给出仿真结果。

6.校核整个系统设计，编制元件明细表。

7.绘制正规系统原理图，整理编制课程设计任务书。

五、设计进度安排

1、进度表

序号

设计内容

所用时间

1

布置任务，查阅资料及调研。

1天

2

直流系统部分方案的选择论证

1天

3

直流部分主电路设计

1天

4

直流部分控制电路设计

1天

5

直流部分仿真实验及校验及绘制电路图

1天

6

针对交流部分任务查资料并进行原理分析

1天

7

交流部分建模

1天

8

交流系统仿真调试

1天

9

交流系统仿真调试答辩

1天

10

答辩、撰写设计报告书

1天

11

合计

10天

2、时间安排

时间

2014年10月27日～2013年11月7日（共2周）

星期一

星期二

星期三

星期四

星期五

星期一

星期二

星期三

星期四

星期五

上午

12节

下午

上午

下午

上午

下午

上午

下午

上午

下午

上午

下午

上午

下午

上午

下午

上午

下午

上午

下午

安排

查资料

指导

指导

自行

设计

指导

自行

设计

指导

自行

设计

指导

自行设计

指导

自行

设计

指导

自行

设计

自行

设计

指导

自行

设计

编写报告

编写报告

答辩

地点

设计指导地点：

K2一电力电子实验室，机房（自备计算机地点）

查阅资料、自行设计地点：

K2一电力电子实验室、图书馆、上网地点或其它

答辩

若在周五没有全部完成资料整理，则答辩时间可另行安排。

3、执行要求

（1）直流调速设计的十三题中选做一题，在交流调速仿真四题中选一题。

（2）要求独立完成，并在答辩过程中检测。

（3）为了避免雷同，在设计中所采用的方案不能一样。

六、设计报告

本课程设计的任务包括两部分内容：

直流调速系统的设计并校验和交流调速建模与仿真。

（一）直流调速系统设计部分提交:

1．题目及技术要求

2．系统方案和总体结构。

3．系统工作原理介绍。

4．具体设计说明：

包括主电路和控制电路。

5．元件明细表。

6．系统原理图：

绘制原理图纸一张。

7.指标校验与仿真实现。

8.仿真模型和仿真结果.

9.画PCB板图（选做）。

（二）交流部分提交

对给定的调系统进行原理分析、建模与仿真,并提交仿真结果。

七、考核方式及成绩评定

评定项目

基本内涵

分值

设计过程

考勤

10分

自行设计、态度认真、按进度完成任务等

10分

设计报告

完成设计任务

30分

报告规范性、参考文献充分等情况

10分

设计报告创新性、雷同率等情况

10分

答辩

回答问题情况

30分

总分

100分

0～100分：

优；80～89分：

良；70～79分：

中；60～69分，及格；60分以下：

不及格

六、参考资料

1、陈伯时.电力拖动自动控制系统，第３版.北京：

机械工业出版社，2004

2、石玉等.电力电子技术题例与电路设计指.北京：

机械工业出版社，1998

3、王兆安.电力电子技术.第4版．北京：

机械工业出版社，200０

4、王离九等.电力拖动自动控制系统.武汉：

华中科技大学出版社，1991

5、胡寿松.自动控制原理：

第4版.北京：

国防工业出版社

6、洪乃刚等。

　电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真。

机械工业出版社，2007。

7、李华德主编。

交流调速控制系统。

电子工业出版社，2003

8、胡崇岳等。

现代交流调速系统。

机械工业出版社，2001

控制系统课程设计成绩评定表

姓名

学号

专业班级

课程设计题目：

课程设计答辩记录：

成绩评定及依据：

1.课程设计考勤情况（20%）：

2.课程设计答辩情况（30%）：

3.完成设计任务报告规范性（50%，其中直流系统部分占60%，交流部分占40%）：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）：

指导教师签字：