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东北大学自动化课程设计
电气传动控制系统课程设计
摘要
三相异步电动机转速公式为:
n=60f(1-s)/p从上式可见,改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。
变频调速系统主要变频装置、交流电动机和控制电路3大部分组成。
为了实验对电机转速的控制,我们用到了Micro850控制器和Powerflex525变频器,用CCW编程软件编程,对变频器进行控制,实现了以下三个主要功能:
1、百米冲刺:
电机转动实现滑块的快速移动,在临近终点时减速,最终停在终点处。
2、跨栏跑:
滑块在指定位置以指定速度移动。
3、折返跑:
滑块在到达某一位置时,反向移动到另一位置后,再正向移动到终点,反向移动到出发点。
本文主要对此次电气传动控制系统课程设计的任务与要求、理论设计、系统设计、安装调试、结论、收获和体会等进行说明。
关键词:
电机单闭环调速系统
目录
1概述3
2课程设计任务及要求3
2.1设计任务4
2.2设计要求4
3.理论设计4
3.1方案论证5
3.2系统设计5
3.2.1结构框图及说明5
3.2.2系统原理图及工作原理5
3.3单元电路设计5
3.3.1单元电路工作原理5
3.3.2元件参数选择5
4系统设计6
4.1软件设计6
4.2编程过程6
4.3编程结果6
5.安装调试6
5.1安装调试过程6
5.2故障分析7
6.结论7
7.使用仪器设备清单7
8.收获、体会和建议7
9.参考文献8
1概述
通过课程设计,使学生掌握自动控制系统的组成和工作原理、基本概念和分析方法、并具备构造、调试和工程设计自动控制系统的能力。
了解多环系统的静、动态特性分析方法及工作原理;掌握基于二、三阶典型系统的工程设计方法,掌握工作原理与工程设计方法。
三相异步电动机转速公式为:
n=60f(1-s)/p从上式可见,改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。
变频调速器是把工频电源(50Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆成交流电。
2课程设计任务及要求
2.1设计任务
1、典型控制系统的分析与设计。
2、系统设计调试,以自动控制系统实验室模型为设计对象。
3、控制系统的分析,以自动控制系统实验室模型为设计对象。
2.2设计要求
自己提出系统题目并完成设计、并实现,按要求完成设计报告。
对系统的主回路和控制回路进行设计,同时系统当中要具备检测、显示和保护功能。
1.理论设计部分
独立完成系统的原理设计。
说明系统实现的功能,应达到技术指标,进行多种方案的论证,确定最佳设计方案。
画出电路图,说明各部分电路的工作原理,初步选定所使用的各种器件的主要参数及型号,列出元器件明细表。
2.系统设计
根据理论设计,验证所设计方案的正确性。
分析系统的工作原理,写出报告。
3.安装调试部分
实现所设计的系统,并进行单元测试和系统调试。
完成系统功能。
若系统出现故障,排除系统故障,分析并记录系统产生故障的原因,并将此部分内容写在报告中。
3.理论设计
3.1方案论证
三相异步电动机转速公式为:
n=60f(1-s)/p(3-1)
从上式可见,改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。
我们在这里采用变频调速。
变频调速器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆成交流电。
3.2系统设计
3.2.1结构框图及说明
变频调速系统主要变频装置、交流电动机和控制电路3大部分组成:
框图如下所示:
图3.1结构框图
3.2.2系统原理图及工作原理
变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC),这个过程叫整流。
一般逆变器是把直流电源逆变为一定频率和一定电压的逆变电源。
对于逆变电源频率和电压可调的逆变器我们称为变频器。
图3.2变频器原理图
Micro850控制器是具有嵌入式输入和输出的经济型集成式控制器。
根据控制器类型,它可以容纳2到5个功能性插件模块。
Micro850控制具有可扩展特性,能额外支持四个扩展I/O模块。
图3.3控制器原理图
3.3单元电路设计
3.3.1单元电路工作原理
Micro850控制器是一种可以内置嵌入式I/O模块,又可以外挂扩展I/O模块的经济型控制器。
Micro850控制器外观和状态指示灯如图所示:
图3.4Micro850控制器外观和状态灯
POWERFLEX525交流变频器是罗克韦尔公司新一代交流变频器产品,它将各种电动机控制选项、通信、节能和标准安全特性组合在一个高性价比变频器中,适用于从单机到简单系统集成的多种系统的各类应用。
图3.5变频器电路图
控制端子接线方式如图所示:
图3.6变频器控制端子接线图
3.3.2元件参数选择
(1)丝杠螺距:
2mm
(2)电机电压:
220V
(3)电机功率:
15W
(4)频率:
在开始冲刺时为50Hz,快要停止时减少频率,以减少误差。
4.系统设计
4.1软件设计
用HSC高速计数器功能块可以对电机转动过程中的脉冲进行计数,首先测出跑道上相邻两个格(5cm)之间的脉冲数,然后通过线性变换可以把每次要行进的距离转化为脉冲数,相当于实现了距离的可测性。
之后通过测脉冲来对滑块进行定位,当滑块临近终点时,减速并在终点时对start键复位,对stop键置位。
若实现往返,则对正转和反转键进行相应的控制。
4.2编程过程
百米冲刺:
使滑块运动1cm,记录HSC记录的脉冲数。
以此来折算设定距离的总脉冲数,并且以记录的脉冲数是否达到总脉冲数作为电机是否要停止的判断条件。
若要求运动停止后的位移精度,则可以在记录脉冲数接近总脉冲数是提前减速,这样就可以在规定的误差内停止滑块运动。
跨栏跑:
在百米冲刺的基础上,增设5个减速点,在这五个点的邻域内(比如+-0.1cm),把速度(变频器频率)设置到规定的跨栏速度,在数轴上其他位置,把速度设置为正常速度,这样即可实现控制目的。
折返跑:
在第一个和第二个折返点处分别设置一个标志指示器,通过综合指示器的值、滑块运动的方向和滑块运动的位移大小是否到达预定位置这三个判断条件来确定电机是否要反转(即滑块朝相反的方向运动)。
例如数轴总长为20cm,第一折返点是10cm,第二折返点是5cm,那么当滑块第一次运动到10cm时,10cm处的指示器为0,运动方向向右,则电机反转,此后10cm处的指示器变为1;当滑块第二次运动到10cm处时,虽然运动方向满足条件,但是指示器不是0,所以反转的条件不全满足,电机不反转;当滑块最后一次通过10cm处时,其运动方向为左,显然不满足反转条件,于是滑块运动不改变方向。
6.结论
通过Micro850控制器和Powerflex525可以实现对电机转速的较为精确的控制。
7.使用仪器设备清单
(1)计算机一台
(2)Micro850
(3)Powerflex525
(4)电线若干
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