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1、毕业设计说明书龙门刨床驱动系统的设计班 级： 学号： 软件学院姓 名： 软件工程学 院： 袁文武 祝锡晶专 业： 指导教师： 2014年 6 月龙门刨床驱动系统的设计摘 要文章介绍了以直流电动机为核心的龙门刨床驱动系统的设计，系统采用电流、速度双闭环逻辑无环流可逆直流调速系统，应用反并联可控硅整流装置为系统电机供电，主电路和控制电路的增加了过电流和过电压保护，消除了负载,电网等外界干扰信息最终获得较好的控制效果，对传动中各个环节进行了理论分析，并对动态参数进行了计算，给出了硬件结构和工作情况，实现了刨床的无级调速，大大提高了控制精度和电能利用率，减少了电能损耗和过度时间，降低了控制部件数量，且
2、无噪音，提高了生产效率和质量。该系统的特点是动态响应快、工作可靠、操作简单、精度高。关键词 龙门刨床，直流调速系统，控制电路，逻辑无环流The Design Of Longmen Matchine Drive SystemAbstractThis paper introduces the dc motor as the core of double housing planer drive system design, system adopts the logic without circulation current and speed double closed loop reversi
3、ble dc speed regulating system, applying reverse parallel silicon controlled rectifier device for electric power supply system, the increase of the main circuit and control circuit of over-current and over-voltage protection, eliminating the load, the power grid and other interference information ev
4、entually achieve good control effect, every link in the transmission are analyzed in theory, and the dynamic parameters are calculated, and gives the hardware structure and the working situation, realized the stepless speed regulation of planer, greatly improving the control precision and energy uti
5、lization, reduce the power loss and over time, reduces the number of control unit, and no noise, improves the production efficiency and quality.The characteristics of the system dynamic response is fast, reliable operation, simple operation, high precision.Keyword: double housing planerDc speed cont
6、rol system, Control circuit, Logic without circulation目录1 引言11.1 龙门刨床简介11.2 龙门刨床对电气传动系统的要求11.3 龙门刨床的主要工艺数据12 调速系统各方案的选择32.1 拖动方案的选择32.2 直流调速的方案比较32.3 控制方案的确定42.4 可控硅整流电路的选择42.4.1 单相可控硅整流电路42.4.2 三相半波整流电路52.4.3 三相桥式整流电路53 主回路参数的计算和元件选择83.1 整流变压器的计算83.1.1 整流变压器接线方式83.1.2 整流变压器副级电压的计算83.1.3 整流变压器副级电流计算
7、93.1.4 整流变压器容量计算93.2 可控硅元件的选择93.3 平波电抗器计算124 交流侧和直流侧保护144.1 过电流保护144.1.1 自动开关保护144.1.2 快速熔断器保护144.2 过电压保护144.3 SCR元件过电压保护 165 控制回路设计185.1 电流闭环185.1.1 电流调节器185.1.2 电流闭环工作原理185.2 速度闭环195.3 集成触发电路205.3.1 SCR整流装置对触发器的要求：205.3.2 触发电路的结构及工作原理205.4 无环流逻辑装置235.4.1 无环流系统对逻辑装置的要求：245.4.2 电平检测245.4.3 逻辑判断电路255
8、.4.4 延时电路255.4.5 逻辑保护265.5 检测装置275.5.1 测速发电机275.5.2 电流检测装置275.6 速度给定环节285.7 过流监视保护环节285.8 控制系统的电源295.9 主回路中电动机励磁回路原理图306 系统静、动特性的分析及参数调整316.1 参数设计方案的确定316.2 系统的静特性分析和计算316.2.1 静态结构图：316.2.2 静态速降计算326.3 系统动态参数计算和调试336.3.1 电流闭环参数计算 346.3.2 速度环参数计算376.4 电流自适应调节器的作用417 结论43参考文献44致谢451 引言近二三十年来，自动化电力拖动技术
9、取得了巨大进展，它跨越电机学，电力电子及微电子技术，自动控制理论和电子计算机应用，并融合了生产设备和工艺流程。在这其中，分为交、直流两大电力拖动系统，在电力拖动的发展史上，一直是二者互为补充，相辅相成，交替发展。直流电力拖动已基本完善，处于繁盛的阶段。直流电动机具有良好的起动，制动性能，具有良好的调速性能和良好的控制性能，正因为这个优点使直流电动机调速系统在需要调速的高性能电力拖动系统中得到广泛应用。直流电动机的另一优点是它的电枢电压、电枢电流、电枢回路电阻、电机输出转矩、电机转速等各参数、变量之间的关系几乎都是简单明了的线性函数关系，这使直流电动机的数学建模较为简单、准确，相应的使得直流调速
10、系统的分析、计算及设计也较为容易，且经过较长时间的实践，直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟、经典，而且从反馈闭环控制的角度来看，他又是交流调速控制系统的基础。直流调速系统在加入反馈环后，可以改善系统的静态性能和动态品质。这种系统静特性好，调速范围宽，并可以实现无级调速。本设计中龙门刨床的的驱动系统的直流调速系统应用了可逆无环流的速度、电流双闭环直流控制系统，在满足控制要求的同时，克服了其他的直流控制系统体积大、重量重，而且不经济的缺点1。1.1 龙门刨床简介主要加工大型工件或同时加工多个工件，其主运动是工件随着工作台的直线往复运动，进给运动是刀架带着刨刀作横向或垂直的间歇运动。直流电机
11、拖动，无级调速、运动平稳。由床身、工作台、立柱、顶梁、横梁、垂直刀架、侧刀架组成2。1.2 龙门刨床对电气传动系统的要求1) 由于反复多道次刨制，要求传动系统可逆运转并实现无级调速（0.54m/min2) 刨制过程要保持刨制速度恒定，在加减速过程中要求加减速恒定，能实现快速反向。在刨制过程中要保持给定张力，误差不得超过8%。3) 电气传动系统应有较高的静态精度，动态品质和抗扰能力。1.3 龙门刨床的主要工艺数据主传动电机：PN=45KW uN=220v IN=255A nN=430rpm uf=220v If=9.6A进料速度： 0.5m/min 刨制速度：0.54m/min调速范围：D8 静
12、度差：S0.2 超调量： 转矩极性鉴别器：2 u u0时，M=-和=04 零电流检测器：有电流时 =0无电流时 =1输出信号封锁正组脉冲，=0开放正组脉冲，=1封锁反组脉冲，=0开放反组脉冲，=1以上逻辑判断状态的改变，用来控制集成触发组件的输出，另作为控制回路的选择信号。5.4.4 延时电路前面的逻辑运算电路保证了零电流切换，但是仅采用零电流切换是不够的，必须在切换过程中设置两段延时，即关断等待延时和触发等待延时。所以，逻辑装置在逻辑电路后面接有延时电路。延时电路如图5.8所示，其工作原理如下：图5.8 延时电路当延时电路输入为0时，输出也为“0”态（BG1截止、BG2导通），相应的整流桥脉
13、冲开放。当输入由“0”变为“1”时，电容C经R1充电，经过一定延时后，BG1导通，BG2截止，即输出由0延时变“1”，相应的整流桥延时封锁。其延时时间由R1C来决定，这里整定为3毫秒。当输入有“1”态变为“0”时，电容C的电荷要经过R2和BG1基射回路放电，经过一定的延时后，BG1截止，BG2导通，即输出由“1”延时变0，相应的整流桥脉冲延时开放，其延时时间由CR2的参数来决定，这里整定为10 毫秒，这样就满足了“延时3毫秒封锁，延时10毫秒开放”的要求。5.4.5 逻辑保护逻辑电路正常工作时，逻辑与延时电路的输出u和u两个信号总是相反，但是，一旦电路发生故障，有可能两个信号同时为“1”态，这
14、将造成正反两组整流桥短路事故。为了避免这种事故发生，增设了保护环节，见图5.9。逻辑保护环节取了逻辑运算电路经延时电路后的两个输入信号作为一个“或非”门的输入信号。当正常工作时，两个输入信号总是一个“1”，一个“0”，或非门输出总是“0”，它不影响脉冲封锁信号的正常输出，当两个输入信号都为“0”，它输出一个“1”同时加到两个触发器上，将正反组整流装置的触发脉冲全部封锁，使系统停止工作，起到可靠的保护作用。无环流逻辑装置的工作原理是：转矩级性鉴别器和零电流检测分别把控制信号送给电平检测，电平检测把模拟信号变成数字信号送给逻辑运算电路，对是否触发和触发哪一组进行逻辑判断，经过延时电路延时两个时间，即关断等待延时和触发等待延时。最后是保护电路，确保电路由于电压波动和电路故障，同时触发两组可控硅时能够封闭触发脉冲。图5.9 逻辑保护电路5.5 检测装置5.5.1 测速发电机系统采用速度负反馈，选用永磁式的直流测速发电机作为转速检测元件。
