龙门刨床电气控制系统的设计.wps

龙门刨床电气控制系统的设计.wps

《龙门刨床电气控制系统的设计.wps》由会员分享，可在线阅读，更多相关《龙门刨床电气控制系统的设计.wps（48页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

运动控制课程设计与综合实验报告运动控制课程设计与综合实验报告设计课题：

龙门刨床电气控制系统的设计设计课题：

龙门刨床电气控制系统的设计学院：

信息科学与工程学院学院：

信息科学与工程学院专业班级：

自动化19874984班专业班级：

自动化19874984班学号：

-学号：

-姓名：

+姓名：

+指导教师：

刘建良指导教师：

刘建良完成日期：

2481年1月完成日期：

2481年1月1前言前言电气传动技术以电动机为控制对象，以微电子装置为控制核心，以电力电子功率变化装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成电气传动控制系统，以达到控制电机转速或位置的目的。

按照电动机的种类不同，电力拖动分为直流拖动和交流拖动两类。

采用直流电动机拖动成为直流拖动，采用交流电动机拖动的称为交流拖动。

直流电动机具有良好的起、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的应用。

直流拖动控制系统在理论上和时间上都比较成熟，而且从控制理论的角度看，它又是交流拖动系统的基础。

所以直流拖动在现在的电气自动化中占据了很重要的地位。

运动控制系统是自动化专业的主干专业课，具有很强的系统性、实践性和工程背景，运动控制系统课程设计的目的在于培养学生综合运用运动控制系统的知识和理论分析和解决运动控制系统设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，提高学生调查研究、查阅文献及正确实用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力。

我在设计过程中虽然花了不少的精力，但仍难免有错误和不足之处，殷切期望老师批评指正。

2目目录录前言前言.1第一章第一章概论概论.31.1本次课程设计的研究课题.31.2本次设计的基本要求.3第二章第二章调速系统的方案选择调速系统的方案选择.42.1龙门刨床简介.42.2龙门刨床的工艺特点及其对自动控制系统的要求.42.3龙门刨床的动力来源的选择.52.4调压调速的选择.52.5主拖动电动机供电方式的选择.72.6双闭环控制系统的选择.72.7触发电路的选择.82.8调压调速控制系统主回路的选择.82.9可控硅-电动机直流调速的介绍.9第三章第三章调速系统主回路的设计调速系统主回路的设计.113.1主回路的电气原理图.113.2主电路的过电压和过电流保护.113.3主回路的参数计算.12第四章第四章调速系统各功能模块的电路选择调速系统各功能模块的电路选择.154.1逻辑无环流系统.154.2逻辑装置的组成与分析：

.184.3各功能模块的实现.184.3.1速度调节器.18第五章第五章双闭环调速系统的常规工程设计双闭环调速系统的常规工程设计.275.1调速系统的静态计算.275.2调速系统的动态计算.295.2.1电流调节器的设计.295.2.2转速调节器的设计.32第六章第六章系统的调试系统的调试.366.1系统的安装及检查.366.2系统的调试.366.3小结.38总结总结.39参考文献参考文献.40附一附一逻辑无环流系统实验报告逻辑无环流系统实验报告.41附二附二龙门刨床电气控制系统原理图龙门刨床电气控制系统原理图.483第一章第一章概论概论1.1本次课程设计的研究课题本次课程设计的研究课题此次课程设计对象为龙门刨床电气控制系统。

龙门刨床四一种要求调速范围很广的设备，本设计课题主要涉及的是研究如何正确合理的选择普通电压电器来控制龙门刨床电机的准确运行。

同时也要熟悉和掌握龙门刨床的工艺特点及其对自动控制理论的要求，主拖动电机的容量的选择，主供电方式的选择，确定控制系统的组成与工作原理，进行主回路的设计，并对系统的静态、动态特性进行正确计算。

此外，还要选择主电路的主要设备，计算其参数，以及必要的保护电路。

1.2本次设计的基本要求本次设计的基本要求1.2.1刨床工作台直流调速系统设计要求：

刨床工作台直流调速系统设计要求：

1）电机正转时进行切削，反转时空载返回。

2）调速范围：

额定转速min/1500r，最低转速min/75r，即20D。

4）静差度%1s.5）稳态无静差，空载启动到额定转速时速度超调量%10n，电流超调量%5i。

6）启动、制动要快。

1.2.2直流电动机参数：

直流电动机参数：

1.0min,/1500,305,220,60anomnomnomnomRrnAIvUkwp，电流过载倍数2，电枢回路总电阻225.97,2.0mNGDR。

4VVLL返回行程返回行程图2-2工作台的速度图图2-2工作台的速度图第二章调速系统的方案选择第二章调速系统的方案选择2.1龙门刨床简介龙门刨床简介龙门刨床具有门式框架和卧式长床身的刨床。

龙门刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作台上装夹多个零件同时加工。

龙门刨床的工作台带着工件通过门式框架作直线往复运动，空行程速度大于工作行程速度。

横梁上一般装有两个垂直刀架，刀架图2-1龙门刨床滑座可在垂直面内回转一个角度，并可沿横梁作横向进给运动；刨刀可在刀架上作垂直或斜向进给运动；横梁可在两立柱上作上下调整。

一般在两个立柱上还安装可沿立柱上下移动的侧刀架,以扩大加工范围工作台回程时能机动抬刀，以免划伤工件表面。

机床工作台的驱动可用发电机电动机组或用可控硅直流调速方式,调速范围较大,在低速时也能获得较大的驱动力。

2.2龙门刨床的工艺特点及其对自动控制系统的要求2.2龙门刨床的工艺特点及其对自动控制系统的要求自动控制系统一定要满足生产机械的工艺要求。

龙门刨床的工艺特点及其对自动控制系统的要求如下：

1）可逆性：

龙门刨床的工作台在加工过程中作反复运动，在工作行程（工作台前进，电机正传）时进行刨削加工，返回行程（工作台后退，电机反转）时空载返回原地。

2）调速范围：

龙门刨床的切削速度决定于下列三个因素：

第一，切削条件（持刀深度、走刀量）；第二，刀具（刀具的几何形状、刀具的材料）；第三，工件材料。

对于每一个具体情况，有一最佳切削速度。

空载返回时要求提高生产率采用高速。

为了调整与磨削要求低速。

因此，工作台在不同情况下工作时，应有不同速度。

所以，龙门刨床要求调速范围广。

3）静差度：

由于工件表面不平和材料的不均匀而使切削力发生波动。

如果拖动工作台的电动机转速随负载波动而波动很大，将降低生产能力，还会影响加工精度和表面光洁度。

4）工作台往返循环中的速度图如图2-2所示：

在工作行程中，为避免刀具切入工件时的冲击而使工件破裂，或损坏刀具，要求切入速度低；在切削结束时，为避免刀具将工件剥落，要求切出速度低；在返回行程中，为了提高生产率采用高速返回；由于返回速度高，5工作台的惯性大，为了减小停车时的超程（又称越位），要求返回行程结束前先减速，然后停车。

5）工作台的负载性质：

金属切削机床的切削速度、切削量与刀具的强度有一定的关系。

当刀具的强度一定时，切削量与切削速度成反比。

如图2-3中的曲线1所示。

但是，机床工作时所允许的切削力是有限制的，不能超过机床所允许的最大切削力maxF。

对最大切削力时的速度称为计算速度JBV。

因此，实际切削力与切削速度的关系如图2-3中的曲线2所示。

龙门刨床的实际切削功率VFP。

在计算速度以下，切削力一定，功率与速度成正比；达到计算速度时，实际切削功率最大，其值为JBVFPmaxmax。

因此，计算速度以下是横转矩负载，采用调压调速比较合理；在计算速度以上为恒功率负载。

其实功率与速度的关系如图2-3中曲线3所示。

6）快速性：

为了提高生产率，要求工作台正反向的启动与制动过程要快。

而且停车要迅速，约为不能超过允许值。

7）要有一定的连锁保护：

为力保证龙门机床正常而可靠地工作，需要一定的连锁保护。

在下列情况下，工作台应该立即停止：

如工作台越位超过允许值、油泵停止工作、横梁在移动、电动机过载等。

2.3龙门刨床的动力来源的选择2.3龙门刨床的动力来源的选择电机分为交流电机和直流电机两大类。

在选择龙门刨床的动力源上就有两种方案：

交流电机和直流电机。

交流电机种类繁多，大体分为异步电机和同步电机。

同步电机转速恒定，不可能实现无级调速，在启动、制动比较频繁转矩要求较大，且有调速要求的生产机械，广泛使用异步电机。

但由于异步电机的调速范围不大，故只适用于对调速范围要求不大的生产机械。

直流电机调速范围大，调速平滑，能够进行准确的位置控制，应用于在拖动系统中过渡过程有特殊要求的较大的功率生产机械。

如高精度数控机床、龙门刨床等。

因此，本设计的电机选用直流电机，它符合龙门刨床的工艺特点及其要求。

2.4调压调速的选择2.4调压调速的选择直流电动机的调速方程为：

PPFFVVVjbVjbFmaxFmax112233图2-3龙门刨床的F-V图与P-V图图2-3龙门刨床的F-V图与P-V图6IKRKUneae式中：

U电枢电压I电枢电流aR电枢回路总电阻励磁磁通eK由电机结构决定的电动势常数在上式中，eK是常数，I电流是由负载决定的，因此调节电动的转度可以有三种方式：

1）调节电枢供电电压U；2）减弱励磁磁通；3）改变电枢回路电阻aR。

2.4.1改变电枢回路电阻调速2.4.1改变电枢回路电阻调速当电枢电路串联附加电阻R时，其调速方程变为：

IKRRKUneae式中：

aR电动机电枢电阻R电枢电路外串附加电阻即电动机电枢电路中串联电阻时特性的斜率增加，在一定负载转矩下，电动机的转速降增加，因而实际转速降低了。

用电枢回路串联电阻的方法调速，因其机械特性变软，系统转速受负载影响大，轻载时达不到调速的目的，重载时还会产生堵转现象，而且在串联电阻上流过的是电枢电流，长期运行时耗损也大，经济性差，因此在使用是有一定的局限性。

2.4.2改变电枢电压调速2.4.2改变电枢电压调速当改变电枢电压U时，理想空载转速0n也将改变，而机械特性的斜率不变，此时调速方程为：

IKRnIKRKUneaeae0其特性曲线是一簇以U为参数的平行直线，由此可知，在整个调速范围内均有较大的硬度，在允许的转速变化率范围内可以获得较低的稳定转速，故此方法的调速范围很宽，一般可达到10-20，如采用各种反馈或稳速控制系统，调速范围可达几百到几千。

改变电枢电压调速方式属于恒转矩调速，并在空载或负载转矩时也能得到稳定转速，通过电压正反向变化，使电动机能平滑的启动和工作在四个象限，能实现回馈制7动，而且控制功率较小，效率较高，配上各种调节器可组成性能指标较高的调速系统，因此在工业中得到广泛使用。

2.4.3改变磁通调速2.4.3改变磁通调速在电动机励磁回路中，改变其串联电阻的大小，或采用专门的励磁调节器来控制励磁电压，都可以改变励磁电流和磁通。

采用调节励磁进行调速时，在高速下由于电枢电流1去磁作用增大，使转速特性的不稳定，换相性能也会下降。

因此采用改变磁通来调速的范围也是有限的，同时这种调速方式只适合于带恒功率负载，实现恒功率调速。

综合上面各方面原因，本人认为选择改变电枢电压调速方法最为适合。

2.5主拖动电动机供电方式的选择2.5主拖动电动机供电方式的选择实现变电压调速，首先要有可调的直流电源。

龙门刨床主拖动电动机的供电方式有两种：

（1）采用可控硅整流装置；

（2）采用直流斩波器。

在具有恒定直流供电电源的地方，事项脉冲调压调速，即采用直流发电机供电。

但由于直流发电机需要原动机拖动，能量要多次转换，故效率低，体积大，占地面积多，噪声大且初始投资大，因此在本设计系统中采用可控硅整流装置的供电方案。

2.6双闭环控制系统的选择2.6双闭环控制系统的选择控制系统可分为两种：

开环控制系统和闭环控制系统。

虽然开环系统能够实现平滑无级调速，但其机械特性比较软，稳速能力差。

如果生产机械对稳速性能没有什么要求，开环系统可满足一定范围内平滑调速度额要求。

但是，许多生产机械除需要无极调速外，常还有对静差率的要求。

例如本设计中的龙门刨床，由于毛坯表面粗错不平，在加工时