控制系统课程设计任务书.docx

1、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”课之后幵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

2、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

3、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 ( K0Un (V)In (A)nn (r/min )Ra (Q)GD2 (Nnn)P极 对数1Z2-9267230291145012Z2-9148230209145013Z2-8235230152145014Z2-8126230113145015Z2-7219230145016Z2-711423061145017Z2-6211230145018Z2-6123037145019Z2-5262301450110Z2-5123014501(2)技术数据1.电枢回路总电阻取

4、R=2R a；总飞轮力矩： GD2 2.5GD；。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i % 5% ；启动到额定转速时的转速退饱和超调量 n 10%。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

5、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

6、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 R=10KVy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 5=7mH电枢电阻Ra=Q ,励磁电压UL=220V,励磁电流Il=1

7、.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=60KV；额定电压U=220V,额定电流In=308A,转速nN=1000r/min ;电势系数 Ce=- min/r ；主回路总电阻R=Q ,触发整流环节放大倍九 Ks=35;电磁时间常数 Ti=,机电时间常数

8、Tm=,电流反馈滤波时间常数Toi=,转速反馈滤波时间常数Ton=。各调节器限幅为8V, 励磁电压UL=110V,励磁电流I l=0.8A ;要求系统调速范围 D=10,S 10%,电流超调量c i% 5%,转速超调量c n%c 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二，额定电压UN=220v额定电流 I

9、n=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%（2） 动态指标：动态调整时间 t 2s，空载起动到额定转速时的转速超调6 nv=20%S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：

10、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二，额定电压 UN=380v，额定电流 In=10A,额定转速 nN=1460r/min, , J= m, Rs二Q, Rr=2Q, 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二，额定电压 UN=380v,额定电流In=5A,额定转速 nN=1460r/min, , J= m, Rs=Q, 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

11、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二，额定电压 UN=380v,额定电流 I n=10A,额定转速 nN=1460r/min, , J=2kg vm, Rs二Q, Rr=3Q ,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二，额定电压 UN=380v,额定电流2I n=10A,额定转速 nN=1

12、460r/min, , J= m, Rs=Q, Rr= Q ,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= m , Rs=Q , Rr=Q ,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

13、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= 额定电压 UN=380v 额定电流In=10A,额定转速 nN=1460r/min, , J= m , Rs=Q , Rr=Q ,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

14、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。设计幵始，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

15、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

16、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)星期星期星期星期 四星期五星期星期星期星期 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

17、自 行 设 计编 写 报 告编 写 报 告答亠、亠辩地 占 八、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、上网地点或其它答亠、亠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

18、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、雷冋率等情况10分答 辩回答问题情况30分总分100分0100分：优；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分以下：不及格六、参考资料1陈伯时电力

19、拖动自动控制系统，第3版.北京：机械工业出版社，20042、 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，19983、 王兆安.电力电子技术.第4版.北京：机械工业出版社，200 04、 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，19915、 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 o7、 李华德主编。交流调速控制系统。电子工业出版社， 20038、 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：