直流调速系统的设计【字数：10424】
摘 要直流调速系统的高可靠性和良好的调速性能使其被广泛应用于大型精密机床，船舶，起重机，地铁列车等场合，是这些大功率设备的动力核心。本文主要采用PLC对传统直流调速系统进行改进。在工程实践中，直流调速系统由于其良好的调速特性而被应用于各个领域。然而，当电枢电流发生断续时，系统相应参数也会发生改变，从而导致控制效果变差。基于这一点，本文对传统的转速电流双闭环直流调速系统进行了适当改进，从而使系统稳定运行。本文选用PLC作为系统的主体控制部分，通过检测电路对电机的实时转速，电机的温度，电枢中的电流，晶闸管的温度等数据进行采集，最后发送给PLC进行处理。本文采用的检测电路部分主要是以TC787芯片为核心，将采集到的信号发送给触发器，触发器再将数据发送给PLC来对数据进行处理。在模块中，为了实现直流电机的调速，通过触发模块发出相应的移位触发脉冲使晶闸管三相桥式整流器进入工作状态。本文采用编程软件STEP MicroWIN SP6d编写整个系统的控制程序。最后，采用上位机控制软件组态王对系统运行时的参数和报警参数进行显示。
Key words:Adaptive control; Trigger module; Kingview; Dc speed regulating system; 目 录
第一章 绪论 1
1.1大功率直流调速系统的开发过程 1
1.2 PLC在大功率直流调速系统中的应用 1
1.3主要内容 1
第二章 大功率直流调速系统的理论基础 2
2.1调速系统性能指标 2
2.1.1稳态性能指标 2
2.1.2动态性能指标 3
2.2他励式直流电动机数学模型 4
2.4三相桥式全控整流电路 6
2.5速度和电流双闭环直流调速系统 6
2.6双域闭环控制直流调速系统 7
2.7自适应控制算法在大功率直流调速系统中的应用 8
2.7.1电流断续问题 8
2.7.2自适应电流调速器 9
第三章 大功率直流调速系统的MATLAB仿真 11
3.1转速调节器与电流调节器设计方法 11
3.2基于工程实践的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
双闭环直流调速系统仿真 11
3.3逻辑无环路可逆直流调速系统仿真 13
第四章 基于大功率直流调速系统的设计 17
4.1系统整体结构示意图 17
4.2TC787芯片介绍 17
4.3检测电路设计 18
4.3.1转速信号检测 18
4.3.2电流信号检测 18
第五章 上位监控系统设计 19
5.1组态王软件介绍 19
5.2上位监控系统设计 19
5.2.1创建新工程 19
5.2.2定义设备与变量 20
5.2.3定义创建工程组态画面 23
5.2.4建立动画连接 24
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
附录 29
第一章 绪论
1.1大功率直流调速系统的开发过程
随着电力电子技术水平的提高，大功率直流调速系统的发展也越来越广泛。该系统在设备运行和维护过程中噪声较大，非常不方便。由静态制动管组成的高输出直流速度控制系统经历了几个不同的阶段。首先，高输出DC速度控制系统的控制器由模拟电子电路实现，但模拟电子电路尺寸大并具有分散特性。因此，有可能每个制动线圈的转向角在整流器电路中不匹配。因此，三相交流中心点的偏差不能保证由模拟电子电路组成的控制系统对每个制动器的精确控制。模拟电路中存在温度漂移，模拟电路中电子元件的老化并不严重。这导致控制系统参数的变化。数字电路采用大功率直流调速系统，可靠性高，控制性能好。从事直流调速系统的相关人员也专注于大功率直流调速系统的数字控制。
1.2 PLC在大功率直流调速系统中的应用
在PLC出现之前，继电器控制系统被广泛使用并在电驱动系统中进行逻辑控制。随着技术的不断发展，对某一机器和传动系统的逻辑控制提出了更高的要求。然而，这种方法体积大，可靠性高，运行慢，特别是在控制要求发生变化时。必须重新设计和安装，因此需要花费大量的时间和金钱。PLC控制系统已经用于电驱动系统，以将电驱动系统的缺点转化为电驱动系统的逻辑控制。
PLC具有优良的控制功能，可靠性高，使用方便，易于扩展，结构紧凑，具有一定的阻隔性能。这可以控制大功率直流发电机的重新启动，控制监测系统的主要参数，实现系统保护。复杂控制算法（例如自适应控制）通过程序调整DC电机的速度来实现。
1.3主要内容
本文设计了一种基于PLC的大功率直流调速系统。具体来说，做了以下工作。
1.建立了高速，现有双闭式大功率直流调速系统的理论分析和数学模型。分析了大功率直流调速系统的特点和电流调速器的设计方法。
2.基于MATLAB软件对双闭环直流调速系统和可逆直流调速系统进行了仿真，并对仿真结果进行了分析。
3.该系统的总体硬件结构基于晶体制动管的三桥全控整流电路。
4.大功率直流调速系统的上位监控系统由KingVew软件组成。
第二章 直流调速系统的理论基础
2.1调速系统性能指标
2.1.1稳态性能指标
为了顺利完成施工任务，根据不同的速度要求，有不同的稳态性能要求。例如，特定的专用设备必须在给定的速度范围内达到不受管制或不均匀的调整速度。启动和制动特殊机器可能能够加速和减速。对于不快速变化的特殊机器来说，要求尽可能稳定。
为了便于特定机械速度控制系统的定量分析，“速度范围”和“静态速度”描述了特定机械速度控制系统的稳定性规范。
1.调速范围
在额定负载条件下，工程船上特殊机器的最大速度与最小速度之比称为速度控制系统的速度范围，即：
（2.1）
和通常是指在固定负载条件下电机的最大速度和最小速度。对于不需要弱磁速调节的特殊机器，通常取，所以调速范围又可表示为:
(2.2)
Key words:Adaptive control; Trigger module; Kingview; Dc speed regulating system; 目 录
第一章 绪论 1
1.1大功率直流调速系统的开发过程 1
1.2 PLC在大功率直流调速系统中的应用 1
1.3主要内容 1
第二章 大功率直流调速系统的理论基础 2
2.1调速系统性能指标 2
2.1.1稳态性能指标 2
2.1.2动态性能指标 3
2.2他励式直流电动机数学模型 4
2.4三相桥式全控整流电路 6
2.5速度和电流双闭环直流调速系统 6
2.6双域闭环控制直流调速系统 7
2.7自适应控制算法在大功率直流调速系统中的应用 8
2.7.1电流断续问题 8
2.7.2自适应电流调速器 9
第三章 大功率直流调速系统的MATLAB仿真 11
3.1转速调节器与电流调节器设计方法 11
3.2基于工程实践的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
双闭环直流调速系统仿真 11
3.3逻辑无环路可逆直流调速系统仿真 13
第四章 基于大功率直流调速系统的设计 17
4.1系统整体结构示意图 17
4.2TC787芯片介绍 17
4.3检测电路设计 18
4.3.1转速信号检测 18
4.3.2电流信号检测 18
第五章 上位监控系统设计 19
5.1组态王软件介绍 19
5.2上位监控系统设计 19
5.2.1创建新工程 19
5.2.2定义设备与变量 20
5.2.3定义创建工程组态画面 23
5.2.4建立动画连接 24
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
附录 29
第一章 绪论
1.1大功率直流调速系统的开发过程
随着电力电子技术水平的提高，大功率直流调速系统的发展也越来越广泛。该系统在设备运行和维护过程中噪声较大，非常不方便。由静态制动管组成的高输出直流速度控制系统经历了几个不同的阶段。首先，高输出DC速度控制系统的控制器由模拟电子电路实现，但模拟电子电路尺寸大并具有分散特性。因此，有可能每个制动线圈的转向角在整流器电路中不匹配。因此，三相交流中心点的偏差不能保证由模拟电子电路组成的控制系统对每个制动器的精确控制。模拟电路中存在温度漂移，模拟电路中电子元件的老化并不严重。这导致控制系统参数的变化。数字电路采用大功率直流调速系统，可靠性高，控制性能好。从事直流调速系统的相关人员也专注于大功率直流调速系统的数字控制。
1.2 PLC在大功率直流调速系统中的应用
在PLC出现之前，继电器控制系统被广泛使用并在电驱动系统中进行逻辑控制。随着技术的不断发展，对某一机器和传动系统的逻辑控制提出了更高的要求。然而，这种方法体积大，可靠性高，运行慢，特别是在控制要求发生变化时。必须重新设计和安装，因此需要花费大量的时间和金钱。PLC控制系统已经用于电驱动系统，以将电驱动系统的缺点转化为电驱动系统的逻辑控制。
PLC具有优良的控制功能，可靠性高，使用方便，易于扩展，结构紧凑，具有一定的阻隔性能。这可以控制大功率直流发电机的重新启动，控制监测系统的主要参数，实现系统保护。复杂控制算法（例如自适应控制）通过程序调整DC电机的速度来实现。
1.3主要内容
本文设计了一种基于PLC的大功率直流调速系统。具体来说，做了以下工作。
1.建立了高速，现有双闭式大功率直流调速系统的理论分析和数学模型。分析了大功率直流调速系统的特点和电流调速器的设计方法。
2.基于MATLAB软件对双闭环直流调速系统和可逆直流调速系统进行了仿真，并对仿真结果进行了分析。
3.该系统的总体硬件结构基于晶体制动管的三桥全控整流电路。
4.大功率直流调速系统的上位监控系统由KingVew软件组成。
第二章 直流调速系统的理论基础
2.1调速系统性能指标
2.1.1稳态性能指标
为了顺利完成施工任务，根据不同的速度要求，有不同的稳态性能要求。例如，特定的专用设备必须在给定的速度范围内达到不受管制或不均匀的调整速度。启动和制动特殊机器可能能够加速和减速。对于不快速变化的特殊机器来说，要求尽可能稳定。
为了便于特定机械速度控制系统的定量分析，“速度范围”和“静态速度”描述了特定机械速度控制系统的稳定性规范。
1.调速范围
在额定负载条件下，工程船上特殊机器的最大速度与最小速度之比称为速度控制系统的速度范围，即：
（2.1）
和通常是指在固定负载条件下电机的最大速度和最小速度。对于不需要弱磁速调节的特殊机器，通常取，所以调速范围又可表示为:
(2.2)
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