04023自动控制系统课程设计安排

04023自动控制系统课程设计安排

一、指导老师： 张华强（0402301） 刘 芳（0402302） 二、时间：2007年3月3日-14日

验收时间：3月14日（具体时间及地点另行通知） 地点：自行申请教室及制图板 三、设计要求：

根据所给的基本要求，通过阅读教材及查阅参考资料，根据设计题目的要求不同，

①认真进行理论设计，写出具体的设计报告书，包含参数的计算及其依据，应含盖设计目的及设计任务中的问题，报告书内容可根据具体设计过程书写，不少于3000字，封皮上注明设计题目、设计人姓名、学号、班级及指导教师。

②用零号图纸绘制设计的系统原理图，要求清楚、工整，含器件参数，答辩时应能指出各部分的功能及原理，图纸右下方标明图纸名称，设计人姓名、学号、班级，指导教师，图纸绘制日期。

③以学号为单位分组，每组3~4人，学号末位数相同为一组。学号末位数0~9分别对应题目0~9。

④设计报告每人一份，设计图纸每组一份，其中设计报告16K纸打印或手写均可，封面采用提供的统一格式，验收时需要每位同学单独答辩。

四、设计题目如下：

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题目0：双闭环直流调速系统设计

设计目的：

1. 通过课程设计掌握双闭环控制系统分析与设计方法。

2. 掌握典型双闭环调速系统的组成，动态和静态性能指标与对数频率型的关系。 3. 根据实际情况，掌握设计转速调节器，电流调节器的一般方法。 4. 培养自己科学严谨的治学态度。 设计内容：

1. 转速调节器，电流调节器（ASR，ACR）具有抗干扰滤波能力，典型Ⅱ型系统设计。 2. 电流调节器ACR具有很强的调节能力，按典型Ⅰ型系统设计。 3. 稳态指标：无静差。

4. 动态指标：电流超调量σi≤15%；空载起动到额定转速时的转速超调量σn≤10%。 参数选择： 基本参数如下：

直流电动机：220V，136A，1460r/min，Ce=0.127Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5。 晶闸管装置放大系数：Ks=35。 电枢回路总电阻：R=0.2。

时间常数：Tl=0.03s，Tm=0.18s。

电流反馈系数：β=0.05V/A（≈10V/1.5Inom）。 转速反馈系数：α=0.007Vmin/r（≈10V/Nnom）。

题目1：可控环流可逆调速系统

设计目的：

1. 通过课程设计掌握基本的可逆调速系统的分析与设计方法。

2. 掌握有环流可逆调速系统的制动和反向过程，了解可控环流可逆调速系统的应用场合，优缺点和工作原理。

3. 掌握设计的一般方法。 设计内容：

1. 根据给定指标设计调速系统的各种调节器，并选择各环节参数。 2. 按设计结果组成系统，说明环流被遏制的条件。 4. 研究参数变化对系统性能的影响。 5. 设计并计算主回路参数。 参数选择：

由晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路。 基本参数如下：

直流电动机：220V，136A，1000r/min，Ce=0.132Vmin/r，允许过载倍数λ=2.0。 晶闸管装置放大系数：Ks=40。 电枢回路总电阻：R=0.5Ω。

时间常数：Tl=0.03s，Tm=0.18s。

电流反馈系数：β=0.05V/A（≈10V/1.5Inom）。 转速反馈系数：α=0.007Vmin/r（≈10V/Nnom）。

题目2：含有电流自适应调节器的双闭环调速系统

设计目的：

1. 通过课程设计掌握双闭环控制系统的分析与设计方法。

2. 掌握典型双闭环调速系统的组成，动态和静态性能指标和电流断续时的处理。

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3. 根据实际情况，掌握设计转速调节器，电流调节器（包含电流断续）的一般方法。 4. 培养自己科学严谨的治学态度。 设计内容：

1. 转速调节器，电流调节器（ASR，ACR）具有抗干扰滤波能力，稳态运行无静差。 2. 电流调节器ACR具有电流自适应功能。 3. 稳态指标：无静差。

4. 动态指标：电流超调量σi≤15%；空载起动到额定转速时的转速超调凉σn≤10%。 参数选择： 基本参数如下：

直流电动机：220V，36A，1460r/min，Ce=0.127Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5。 晶闸管装置放大系数：Ks=33。 电枢回路总电阻：R=0.3Ω。

时间常数：Tl=0.03s，Tm=0.18s。

电流反馈系数：β=0.05V/A（≈10V/1.5Inom）。 转速反馈系数：α=0.007Vmin/r（≈10V/Nnom）。

题目3：给定环流的可逆调速系统

设计目的：

1. 了解环流产生的原因及其正反两方面的作用。

2. 利用环流的有益方面保证系统中的晶闸管装置工作在电流连续区，使系统获得平滑的过度特性和较好的动态特性。 设计内容要求：

1 稳态指标：无静差。

2. 动态指标：电流超调量σi≤15%；空载起动到额定转速时的转速超调凉σn≤10%。 参数选择： 基本参数如下：

直流电动机：220V，56A，1000r/min，Ce=0.132Vmin/r。 晶闸管装置放大系数：Ks=30。 电枢回路总电阻：R=1.5Ω。

时间常数：Tl=0.03s，Tm=0.18s。

电流反馈系数：β=0.05V/A（≈10V/1.5Inom）。 转速反馈系数：α=0.007Vmin/r（≈10V/Nnom）。

题目4：逻辑控制的无环流可逆调速系统

设计目的：

1. 了解并熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的组成。

2. 熟悉逻辑无环流系统中各单元环节的工作原理，特性和作用。 3. 了解逻辑无环流系统的静特性和动态特性。 4. 了解逻辑无环流系统的正反向切换特征。

5. 了解逻辑无环流系统的优缺点，以及有切换准备的逻辑无环流系统。 设计内容：

1. 选择和了解逻辑无环流可逆调速系统中各单元的参数和特性。 2. 设计并画出逻辑无环流可逆调速系统实验的完整接线图。

3. 了解逻辑无环流可逆调速系统各运行状态主要参量的动态波形。 4. 研究逻辑无环流可逆调速系统正反向切换的特征。

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5. 详细分析逻辑无环流可逆调速系统中逻辑判断、延时、保护电路的设计。

题目5：错位控制无环流可逆调速系统

设计目的：

1. 了解并熟悉错位控制无环流可逆调速系统的组成结构。

2. 熟悉错位控制无环流可逆调速系统中各单元环节的工作原理，特性和作用。。 3. 了解错位控制无环流可逆调速系统的静特性和动态特性。 4. 了解错位控制无环流可逆调速系统的优缺点。 设计内容：

1. 系统方案的选择。

2. 系统方案的实体设计，包括各种功能电路或部件的设计与选择参数计算。 3. 系统各主要保护环节的设计。

4. 系统的动态工程设计，包括转速调节器，电流调节器的结构和参数选择。 5．详细分析错位控制无环流可逆调速系统的设计过程。

题目6：含有电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统

设计目的：

1. 通过课程设计掌握电流负反馈的转速负反馈直流调速系统分析与设计方法。 2. 掌握含电流截止负反馈的转速负反馈调速系统的组成，分析设计内容。 3. 根据实际情况，掌握设计调节器的一般方法。 4. 培养自己科学严谨的治学态度。 设计内容：

1. 电流截止环节的意义和引出方法。

2. 电流截止环节对系统的静态和动态特性有何影响。 3. 稳态有静差，怎样减小静差。 4. 动态过程的稳定条件如何界定。

5．详细分析含电流截止负反馈的转速负反馈调速系统的静特性。

题目7：正弦波SPWM 型变频调速系统设计

设计目的：

在一般的直-交-直变频器供电的变频调速系统中，为了获得变频调速所要求的电压频率协调 控制，整流器必须是可控的，调速时须同时控制整流器UR和逆变器UI，这样就带来了一 系列的问题：

1. 主电路有两个可控的功率环节，相对来说比较复杂。

2. 由于中间直流环节有滤波电容或电抗器等大惯性元件存在，使系统的动态响应缓慢。 3. 由于整流器是可控的，使供电电源的功率因数随变频装置输出频率的降低而变差，并产 生高次谐波电流。

4. 逆变器输出为六拍阶梯波交变电压（电流），在拖动电动机中形成较多的各次谐波，从而 产生.较大的脉动转矩，影响电机的工作，低速时尤为严重。

为了解决上述问题，在近代交流调速系统领域发展了脉宽调制变频的思想。 设计内容：

1. 主电路只有一个可控的功率环节，简化结构。

2. 使用了不可控整流器，使电网功率因数与逆变器输出电压的大小无关而接近1。

3. 逆变器在调频的同时实现调压，而与中间直流环节的元件参数无关，加快了系统的动态 响应。

4. 可获得比常规六拍阶梯更好的输出电压波形，能抑制或消除低次谐波，使负载电机可在

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近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉动小。

5．详细分析正弦波SPWM 型变频调速系统设计过程。

题目8：含有电流正反馈补偿控制的电压负反馈调速系统

设计目的：

1. 通过课程设计掌握补偿控制系统分析与设计方法。 2. 掌握补偿控制的基本原理及其组成，分析设计内容。 3. 根据实际情况，掌握设计调节器的一般方法。 4. 培养自己科学严谨的治学态度。 设计内容：

1. 有何引入电流正反馈补偿控制。 2. 补偿控制和反馈控制的区别。

3. 稳态运行无静差的条件，能否长期稳定运行。 4. 动态过程能否稳定，稳定条件如何。

5．详细分析含电流正反馈补偿控制的电压负反馈调速系统的静特性。

题目9：配合控制的有环流可逆调速系统

设计目的：

1. 通过课程设计掌握配合控制有环流可逆调速系统分析与设计方法。

2. 掌握有环流可逆调速系统的制动和反向过程，了解配合控制有环流可逆调速系统的应用场合，优缺点和工作原理。 3. 掌握设计的一般方法。 设计内容：

1. 配合控制有环流可逆调速系统的工作原理。 2. 各环节的特点和参数选择。 3. 按设计思想，叙述设计过程。

4. 分析反向制动过程的各点极性变化和两组整流装置的工作状态。 5. 详细分析配合控制有环流可逆调速系统的设计过程。

哈尔滨工业大学（威海） 信息学院电气工程系

2008.3.2

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