開題報告
1.課題名稱：
基於pid演算法直流電機系統設計與實現
2.總述：
常用的控制電力系統直流電機有以下幾種：第一，最初的直流調速系統是採用恆定的直流電壓向電力系統直流電機電樞供電，通過改變電樞迴路中的電阻來實現調速。這種方法簡單易行裝置製造方便，**低廉。
但缺點是效率低、機械特性軟、不能在較寬範圍內平滑調速，所以目前極少採用。第二，三十年代末，出現了發電機-電力系統直流電機(也稱為旋轉變流組)，配合採用磁放大器、電機擴大機、閘流管等控制器件，可獲得優良的調速效能，如有較寬的調速範圍(十比一至數十比一)、較小的轉速變化率和調速平滑等，特別是當電力系統直流電機減速時，可以通過發電機非常容易地將電力系統直流電機軸上的飛輪慣量反饋給電網，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發電機、，因而體積大，維修困難等。
第三，自出現汞弧變流器後，利用汞弧變流器代替上述發電機、電力系統直流電機系統，使調速效能指標又進一步提高。特別是它的系統快速響應性是發電機、電力系統直流電機系統不能比擬的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點:
維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護人員會造成一定的危害等。。
3、設計要求：
數字直流調速裝置，從技術上，它能成功地做到從給定訊號、調節器引數設定、直到觸發脈衝的數位化，使用通用硬體平台附加軟體程式控制一定範圍功率和電流大小的電力系統直流電機，同一臺控制器甚至可以僅通過引數設定和使用不同的軟體版本對不同型別的被控物件進行控制，強大的通訊功能使它易和plc等各種器件通訊組成整個工業控制過程系統，而且具有操作簡便、抗干擾能力強等特點，尤其是方便靈活的除錯方法、完善的保護功能、長期工作的高可靠性和整個控制器體積小型化，彌補了模擬直流調速控制系統的保護功能不完善、除錯不方便、體積大等不足之處，且數字控制系統表現出另外一些優點，如查詢故障迅速、調速精度高、維護簡單，使其具備了廣一闊的應用前景。
4、設計的主要內容與技術引數：
國外主要電氣公司如瑞典的abb公司、德國的西門子公司、aeg公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國的ge公司、西屋公司等，均已經開發出多個數字直流調速裝置，有成熟的系列化、標準化、模板化的應用產品。
我國從20世紀60年代初試製成功第一只矽閘流體以來，閘流體直流調速系統也得到迅速的發展和廣泛的應用。目前，閘流體供電的直流調速系統在我國國民經濟各部門得到廣泛的應用。
我國關於數字直流調速系統的研究主要有:綜合性最優控制，補償pid控制，pid演算法優化，也有的只應用模糊控制技術。[19]
隨著新型電力半導體器件的發展，igbt(絕緣柵雙極型電晶體)具有開關速度快、驅動簡單和可以自關斷等優點，克服了閘流體的主要缺點。因此我國電力系統直流電機調速也正向著脈寬調變（pulse width modulation,簡稱pwm）方向發展。[16]
我國現在大部分數位化控制直流調速裝置依靠進口。但由於進口裝置**昂貴，也給出了國產全數字控制直流調速裝置的發展空間。目前，國內許多大專院校、科研單位和廠家也都在開發全數字直流調速裝置。
5、課題研究的目的和意義：
由於變頻技術的出現，交流調速一直衝擊直流調速，但綜觀全域性，尤其是我國在此領域的現狀，再加上全數字直流調速系統的出現，更提高了直流調速系統的精度及可靠性，直流調速系統仍將處於十分重要地位。
對於直流調速系統轉速控制的要求有穩速、調速、加速或減速三個方面，而在工業生產中對於後兩個要求已能很好地實現，但工程應用中穩速指標卻往往不能達到預期的效果，穩速要求即以一定的精度在所需要的轉速穩定執行，在各種干擾不允許有過大的轉速波動。
6、課題研究的目標：
由於變頻技術的出現，交流調速一直衝擊直流調速，但綜觀全域性，尤其是我國在此領域的現狀，再加上全數字直流調速系統的出現，更提高了直流調速系統的精度及可靠性，直流調速系統仍將處於十分重要地位。
對於直流調速系統轉速控制的要求有穩速、調速、加速或減速三個方面，而在工業生產中對於後兩個要求已能很好地實現，但工程應用中穩速指標卻往往不能達到預期的效果，穩速要求即以一定的精度在所需要的轉速穩定執行，在各種干擾不允許有過大的轉速波動。
穩速很難達到要求原因在於數字直流調速裝置中的pid調節器對被控物件及其負載引數變化適應能力差。電力系統直流電機的數學模型很容易得到，這使得經典控制理論在己知被控物件的傳遞函式才能進行設計的前提得到滿足，大部分數字直流調速控制器就是建立在此基礎上的。然而，在實際的傳動系統中，電機本身的引數和拖動負載的引數並不如模型那樣一成不變，尤其對於中小型電機，在某些應用場合隨工況而變化;同時，電力系統直流電機本身是乙個非線性的被控物件，許多拖動負載含有彈性或間隙等非線性因素，因此，被控物件的引數變化與非線性特性，使得線性常引數pid調節器顧此失彼，不能使系統在各種工況下都能保持設計時的效能指標，往往使得控制系統的魯棒性差，特別是對於模型引數大範圍變化且具有較強非線性環節的系統，常規pid調節器難以滿足高精度、快響應的控制要求，常常不能有效克服負載、模型引數的大範圍變化以及非線性因素的影響。
在工程上，這種控制器就很有可能滿足不了生產的需求，如:軋鋼工業同軸控制系統、迴轉窯傳動裝置、軋輥磨床拖板電控系統等都需要在生產過程中保持穩定的轉速要求，而生產負載引數卻是隨著工況變化的。
模糊控制不要求被控物件的精確模型且適應性強，為了克服常規數字直流調速裝置的缺點，可將模糊控制與pid調節器結合，形成fuzzy-pid復合控制方案，設計能在負載、模型引數的大範圍變化以及非線性因素的影響下均可以滿足控制穩定轉速精度要求的電力系統直流電機控制器。
7. 畢業設計工作計畫：
（1）查詢資料（1-2周）
（2）撰寫開題報告（3周）
（3）短路電流的計算（4-5周）
（4）變壓器保護配置及整定計算（6-11周）
（5）撰寫設計說明書（12-13周）
（6）繪製變壓器繼電保護圖紙（14-15周）
（7）準備**答辯（16周）
直流電機小結
一 直流電機的工作原理 結構 勵磁方式 他勵 自勵 並勵 串勵 復勵 各種勵磁方式的if i ia之間關係 電樞繞組 單疊繞組的繞法和特點 二 直流電機的磁動勢和磁場 1 空載 只有主極磁場，直流勵磁繞組產生。2 負載 1 由主磁極和電樞繞組共同建立氣隙磁場2 電樞磁場對主磁極磁場的影響 3 電刷是...
直流電機總結
小結直流電機的工作原理是建立在電和磁相互作用的基礎上。為此，必須熟練地運用在電工原理中所學習過的基本電磁定律，結合換向器和電刷的作用去理解，並且充分注意到無論在直流電動機還是直流發電機中，電機的外電路中電壓 電流及電勢都是直流電性質的，但每個元件中的電壓，電流及電勢都是交流電性質的。任何型別的旋轉電...
直流電機簡介
8.1直流電機的基本工作原理 圖8.1是一台直流電機的最簡單模型。n和s是一對固定的磁極，可以是電磁鐵，也可以是永久磁鐵。磁極之間有乙個可以轉動的鐵質圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面固定乙個用絕緣導體構成的電樞線圈abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個半圓形銅片 換向片 上，它們的組合在一起稱為換...