毕业设计开题报告20.docx

1、毕业设计开题报告20毕业设计(论文)开题报告学生姓名： 史航 学 号： 0901011125 专 业： 电气工程及其自动化 设计(论文)题目： 直流脉宽调速系统的设计与仿真 （PWM直流调速及仿真） 指导教师： 麻鸿儒 2013 年 3月 3 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“

2、文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2002年4月26日”或“2002-04-26”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：一. 文 献 综 述1.直流调速概念：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

3、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1。2.直流脉宽调速系统的概述：直流调压调速是应用最广泛的一种调速方法，调节电枢电压除了利用晶闸管整流器将交流电压调整成可调直流电压外，还可利用其它电力电子器件的可控性，采用脉宽调试技术直接将恒定的直流电压调制成极性可变、大小可调的直流电压，用以实现直流电动机电枢端电压的平滑调节，构成直流脉宽调速系统2。采用门极可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR、P-MOSFET、IGBT等全控型电力电子器件组成的直流脉冲宽度调制PWM（Pulse Width Modulation）型调

4、速系统近年来已日趋成熟，用途越来越广。脉冲宽度调制时一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通实践的改变，这种方式能电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出对模拟电路惊醒控制的一种非常有效的技术3。PWM控制技术以其简单灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点，由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软件开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。3.双闭环调速：电动机在启动阶段,电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度

5、调节器的输入端存在一个偏差信号,经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动4。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动,速度调节器输入端产生的偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压,使整流桥输出的直流

6、电压相应变化,从而校正和补偿电动机的转速偏差。另外电流调节器的小时间常数, 还能够对因电网波动引起的电动机电枢电流的变化进行快速调节,可以在电动机转速还未来得及发生改变时,迅速使电流恢复到原来值,从而使速度更好地稳定于某一转速下运行45。4.选题的目的和意义现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，尤其是在石油、化工、电力、冶金、轻工、核能等工业生产中对电动机的控制更是起着举足轻重的作用，因此调速系统成为当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统6。随着生产工艺、产品质量要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。当前控制系统已进入了计算机时代，在许多领域

7、已实现了智能化控制7。对传统的过程工业而言，利用先进的自动化硬件及软件组成工业过程自动化调速系统，大大提高了生产过程的安全性、可靠性、稳定性78。提高了产品产量和质量、提高了劳动生产率，企业的综合经济效益，同时，也大大促进了综合国力的增强。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速8。转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统, 采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性5。转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础10。首先，应掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本组成及其静特性；然后，在建立

8、该系统动态数学模型的基础上，从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用；第三，研究一般调节器的工程设计方法，和经典控制理论的动态校正方法相比，得出该设计方法的优点，即计算简便、应用方便、容易掌握；第四，应用工程设计方法解决双闭环调速系统中两个调节器的设计问题，等等510。通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使

9、之能够应用于国民经济各个生产领域。二.推荐使用的主要参考文献1. 史国生. 交直流调速系统.化学工业出版社,2002 2. 廖晓钟. 电气传动与调速系统.中国电力出版社,19983. 马葆庆,孙庆光.直流电动机的动态数学模型.电工技术,1997.14. 邓星钟. 机电传动控制.华中科技大学出版社,20015. 王果,朱大鹏.直流电机双闭环调速系统的工程设计方法仿真.兰州交通大学,2000.56. 陈伯时. 电力拖动自动控制系统.机械工业出版社,20037. 唐永哲. 电力传动自动控制系统.西安电子科技大学出版社,19988. 范正翘. 电力传动与自动控制.北京航空航天大学出版社,20039.

10、王离九. 电力拖动自动控制系统.华中理工大学出版社,199110. 张柳芳,王彦辉.速度和电流双闭环直流调速系统的设计. 新探平顶山师专,2000.511. 麻鸿儒,刑大成,谭敦生,曾令全. 电力传动控制实验指导书.东北电力大学电机实验室,2003.1012. 周渊深. 交直流调速系统与MATLAB仿真.中国电力出版社,200313. 徐月华,汪仁煌.Matlab在直流调速设计中的应用.广东工业大学,2001.814. 孙虎章. 自动控制原理.中央广播电视大学出版社,198415. 邹伯敏. 自动控制原理.机械工业出版社,2002 16. 王兆安、黄俊.电力电子技术.机械工业出版社,20001

11、7. ,.电力拖动控制（王耀德译）.机械工业出版社,1987 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：三.要研究或解决的问题1.开环直流调速系统存在的问题：1) 在开环调速系统中，控制电压与输出转速之间只有顺向作用而无反向联系，即控制是单方向进行的，输出转速并不影响控制电压，控制电压直接由给定电压产生。如果生产机械对静差率要求不高，开环调速系统也能实现一定范围内的无级调速，而且开环调速系统结构简单。2) 但是，在实际中许多需要无级调速的生产机械常常对静差率提出较严格的要求，不能允许很大的静差率。例如，由于龙门刨床加工各种材质的工件，刀具切入工件

12、和退出工件时为避免刀具和工件碰坏，有调节速度的要求；又由于毛坯表面不平，加工时负载常有波动，为了保证加工精度和表面光洁度，不允许有较大的速率变化。因此，龙门刨床工作台电气传动系统一般要求调速范围D=2040，静差率S5%，动态速降%10%，快速起、制动。多机架热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内同时轧制，为了保证被轧金属的每秒流量相等，不致造成钢材拉断或拱起，各机架出口线速度需保持严格的比例关系。根据以上轧钢工艺要求，一般须使电力拖动系统的调速范围D=10时，静差率S0.2%0.5%，动态速降1%3%，恢复时间。在上述情况下，开环调速系统是不能满足要求的。2.晶闸管整流

13、器所存在的问题主要体现在以下方面：1) 晶闸管一般是单向导电元件，晶闸管整流器的电流是不允许反向的，这给电动机实现可逆运行造成困难。必须实现四象限可逆运行时，只好采用开关切换或正、反两组全控型整流电路，构成V-M可逆调速系统，后者所用变流设备要增多一倍。2) 晶闸管元件对于过电压、过电流以及过高的du/dt和di/dt十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短时间内元件损坏，因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应保留足够的余量，以保证晶闸管装置的可靠运行。3) 晶闸管的控制原理决定了只能滞后触发，因此，晶闸管可控制整流器对交流电源来说相当于一个感性负载，吸取滞后的

14、无功电流，因此功率因素低，特别是在深调速状态，即系统在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因素很低，并产生较大的高次谐波电流，引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备。如果采用晶闸管整流装置的调速系统在电网中所占容量比重较大，将造成所谓的“电力公害”。为此，应采取相应的无功补偿、滤波和高次谐波的抑制措施。4) 晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，而且脉波数总是有限的。如果主电路电感不是非常大，则输出电流总存在连续和断续两种情况，因而机械特性也有连续和断续两段，连续段特性比较硬，基本上还是直线；断续段特性则很软，而且呈现出显著的非线性。3.为了保证转速发生器的高精度和高可靠性，系统采用

15、转速变化率反馈和电流反馈的双闭环电路主要考虑以下问题：1) 保证转速在设定后尽快达到稳速状态；2) 保证最优的稳定时间；3) 减小转速超调量。4.双闭环调速系统的起动过程所涉及以下三个问题：1) 饱和非线形控制：随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态，在不同情况下表现为不同结构的线形系统，只能采用分段线形化的方法来分析，不能简单的用线形控制理论来笼统的设计这样的控制系统。2) 转速超调：当转速调节器ASR采用PI调节器时，转速必然有超调。转速略有超调一般是容许的，对于完全不允许超调的情况，应采用其他控制方法来抑制超调。3) 准时间最优控制：在设备允许条件下实现最短时间的控制称

16、作“时间最优控制”,对于电力拖动系统，在电动机允许过载能力限制下的恒流起动，就是时间最优控制。但由于在起动过程、两个阶段中电流不能突变，实际起动过程与理想启动过程相比还有一些差距，不过这两段时间只占全部起动时间中很小的成分，无伤大局，可称作“准时间最优控制”。采用饱和非线性控制的方法实现准时间最优控制是一种很有实用价值的控制策略，在各种多环控制中得到普遍应用。四.拟实施步骤3月5 日到3月12日掌握电机传动的工作原理及应用；完成毕业设计的开题报告。3月12 日到4月 1 日查阅相关的文章和资料；设计调速系统；主要内容包括：触发电路设计；电流调节器设计；转速调节器设计。4月2 日到4月15日分析

17、并确定系统的设计方案；建立数学模型，计算其参数。4月16 日到4月20日进行系统各部分的设计和实验，数字仿真，验证其设计；完成相关实验。4月21 日到4月30日开始书写论文并修改。5月1 日到5月31日完成论文的修改并定稿。五.拟研究的主要方法和手段1.改变电枢回路电阻调速： 在电枢回路中串入可调电阻Rw来改变电枢回路总电阻来调速，此时转速特性公式为：当负载一定时，随着串入的外接电阻Rw的增大，电枢回路总电阻增大，电机转速就降低。这种方法调速比低，转速变化率大，轻载下很难得到低速，且效率极低，现在极少采用。2.改变电枢供电电压调速： 连续改变电枢供电电压，可以使直流电动机在很宽的范围内实现无级

18、调速。改变电枢供电电压的方法有两种：一种是采用发电机-电动机供电的调速系统；另一种是晶闸管变流器供电的调速系统。 变电枢电压调速是直流电机调速系统中应用最广的一种调速方法。该方法中由于电机在任何转速下磁通都不变，只是改变电动机的供电电压，因而在额定电流下，不论在高速还是低速下，电机都能输出额定转矩，该方法也称恒转矩调速。近年来随着大功率半导体器件的发展，特别是IGBT和MOSFET等制造工艺的成熟和成本的不断降低，使得采用大功率半导体器件实现的直流电机脉宽调速系统得到迅猛发展。3.改变励磁电流调速： 当电枢电压恒定时，改变电动机的励磁电流也能实现调速。 电动机的转速与磁通（也就是励磁电流）成反

19、比，即当磁通减小时，转速升高；反之，则降低。由于电动机的转矩是磁通和电枢电流的乘积，电枢电流不变时，随着磁通的减小，其转速升高，转矩也会相应地减小。典型恒功率调速。4. 采用晶闸管变流器供电的调速方法： 变电枢电压调速是直流电机调速系统中应用最广的一种调速方法。5. 采用大功率半导体器件的直流电动机脉宽调速方法： 脉宽调速系统出现的历史久远，但因缺乏高速大功率开关器件而未能及时在生产实际中推广应用。今年来，由于大功率晶体管(GTR)，特别是IGBT功率器件的制造工艺成熟、成本不断下降，大功率半导体器件实现的直流电动机脉宽调速系统才获得迅猛发展，目前其最大容量已超过几十兆瓦数量级。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在院（系）审查意见： 负责人： 年 月 日