运动控制中期作业汇总(共15页)336.pdf
运动控制系统(kn zh x tn)中期试题 学院(xuyun)：电气与控制工程学院 班级(bnj)：自动化 1206 姓名(xngmng)：学号：一：设计要求(yoqi)与参数 1、已知参数(cnsh)：某转速电流双闭环直流调速系统采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，已知基本(jbn)数据如下：，电动势系数(xsh)，电枢回路总电阻：，允许过载倍数，触发整流环节的放大倍数，电磁时间常数，机电时间常数，电流反馈滤波时间常数，转速反馈滤波时间常数。设调节器输入输出电压，调节器输入电阻。2、设计指标：稳态无静差，电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量。3、设计要求：（1）运用调节器工程设计法设计 ASR 与 ACR，达到系统的设计指标，得到 ASR 与 ACR 的结构与参数。电流环设计为典 1 系统，并取参数，转速环设计为典 2 系统；（2）用 MATLAB 对上述设计的直流双闭环调速系统进行仿真，给出仿真结果；（3）设计出上述设计的直流双闭环调速系统的完整硬件实现原理图，原理图采用 Protel 软件画图；（3）说明原理图实现上述直流调速系统的原理；（4）给出原理图每个元件的型号与值，并说明选值依据；（5）系统控制部分可以采用模拟电路或者微处理器实现。若采用微处理器实现，要说明软件实现流程以及核心软件的算法；（6）整个设计(shj)报告采用 A4 纸打印，标题采用宋体四号，正文采用宋体小四；二：设计(shj)原理 1.带转速负反馈的单闭环系统，由于它能够(nnggu)随着负载的变化而相应的改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化，所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降。当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时，它依靠被调量的偏差进行控制的，因此是有静差率(ch l)的调速系统，而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速，实现无静差调速。对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流，可以用附带电流截止负反馈作限流保护，但这并不能控制电流的动态波形。按反馈的控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该基本量基本不变，采用电流负反馈就应该能够得到近似的恒流过程。另外，在单闭环调速系统中，用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器的参数调速。例如，在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中，同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节，调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质。按照电机理想运行特性，应该在启动过程中只有电流负反馈，达到稳态转速后，又希望只有转速反馈，双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时，转速负反馈起主要作用，当电流达到最大值时，电流负反馈起主要作用，得到电流的自动保护。2.双闭环调速系统的组成：（1）系统电路原理图 图 2-1 为转速、电流双闭环调速系统的原理图。图中两个调节器 ASR 和ACR 分别为转速调节器和电流调节器，二者串级连接，即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。电流环在内，称之为内环；转速环在外，称之为外环。两个(lin)调节器输出都带有限幅，ASR 的输出限幅什 Uim决定了电流(dinli)调节器 ACR 的给定电压最大值 Uim，对就电机的最大电流；电流调节器 ACR 输出(shch)限幅电压 Ucm限制(xinzh)了整流器输出最大电压值，限最小触发角。（2）系统动态结构图 图 2-2 为双闭环调速系统的动态结构框图，由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数 Toi按需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来了延滞。为了平衡这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用 Ton表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道中也配上时间常数为 Ton的给定滤波环节。2.3 双闭环调速系统(xtng)优点 一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥(fhu)直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态1。这种理想的起动过程如图 2.3 所示。为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个(mu)量，只要引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程，起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。采用转速、电流双闭环控制系统。即为双闭环调速系统优点。图 2.3 理想启动(qdng)过程 0 n n t 三：参数(cnsh)计算（一）电流(dinli)环设计 1.确定(qudng)时间常数。1）整流装置(zhungzh)滞后时间常数 TS：查表可知三相桥式电路平均失控时间 TS=0.0017s。2）电流滤波时间常数 Toi：Toi=2ms=0.002s。3）电流环小时间常数之和 Ti：按小时间常数近似处理，取 Ti=TS+Toi=0.0037s。4）电磁时间常数 Tl：Tl=0.031s 2.选择电流调节器结构。（1）确定系统型式及其传递函数：根据设计要求i5%，并保证稳态电流无静差，可按典型 I 型系统设计电流调节器。又电流环控制对象是双惯性的（电磁惯性和机械惯性），故可用 PI 型电流调节器，其传递函数为 （2）检查对电源电压的抗扰性能：Tl/Ti0.031/0.0037=8.37。参照附表 3-2 的典型 I 型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。故基本确定电流调节器按典型 I 型系统设计。3.计算电流调节器参数。（1）电流调节器超前时间常数：i=Tl=0.031s。（2）电流环开环增益：要求i5%时，应取 KITi=0.5，因此 KI=0.5/Ti=0.5/0.0037=135.1s-1。又电流反馈系数=Ui*/1.5IdN=10/(1.5760)=0.00877，则 ACR 的比例系数 Ki=KIiR/KS=135.10.0310.14/(750.0088)=0.88838。4.校验近似条件。（1）电流环截止频率：ci=KI=135.1s-1。（2）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件：1/3TS=1/30.0017=196.1s-1ci 满足(mnz)近似条件（3）校验忽略反电动势变化对电流环动态(dngti)影响的条件：3（1/TmTl）=3（1/0.1120.031）=50.915ci 满足近似条件 5.计算调节器电阻和电容。电流调节器原理图如图 3-1 所示。按所用运算放大器取 R0=40k，各电阻和电容值计算如下：Ri=KiR0=0.88840k=35.53k。取 35k Ci=i/Ri=0.031/35=0.886F。取 0.9F Coi=4Toi/R0=40.002/40k=0.2F。取 0.2F 按照上述参数，电流环可达到的动态跟随性能指标为：i=4.3%cn 满足简化条件。（3）转速环小时间常数近似处理条件：（1/3）/（KI/Ton）=（1/3）/（135.1/0.02）=27.4cn。满足近似条件。5.计算调节器电阻和电容。转速调节器原理图如图 3-2 所示。取 R0=40k。则 Rn=KnR0=10.540k=420k Cn=n/Rn=0.137/420000=0.326F Con=4Ton/R0=40.02/40=2F Ro/2RbalRo/2Ro/2 Ro/2Un*nConRnUi*Con 图 3-2 转速(zhun s)调节器原理图 6.校核(xio h)转速超调量。当 h=5 时，得n=37.6%，不能满足设计(shj)要求。实际上，由于表3-4 是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR 饱和，不符合线性系统的前提，应该(ynggi)按 ASR 退饱和的情况重新计算超调量。设理想空载启动时 z=0，当 h=5 时，得Cmax/Cb=81.2%，则n=281.2%1.5（7600.14/1.82）/375）（0.0274/0.112）=9.29%10%。能满足设计要求。四：protel 软件设计 1.转速检测电路设计 转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。其原理图如图 4.1 所示。图 4.1 转速(zhun s)检测电路原理图 2.控制电路设计(shj)本控制系统采用(ciyng)转速、电流双闭环结构，其原理图如图 4.2 所示。图 4.2 双环(shun hun)调速系统原理图 为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用 PI 调节器。本文基于这种思想进行 ASR 和 ACR 设计。图 4.3 双闭环调速系统(xtng)稳态结构图 图 4.4 双闭环调速系统(xtng)动态结构图 3.电流(dinli)调节器的设计 4.转速(zhun s)调节器的设计 5.转速调节器和电流调节器的硬件原理图 五：matlab 仿真(fn zhn)图和仿真结果 六：体会(thu)与总结 这次期中考试(q zhn ko sh)别处心裁，培养(piyng)了我综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼(dunlin)实践能力的重要环节,是对我实际操作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，双闭环直流调速已经成为当今电机调速系统应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握双闭环直流调速技术是十分重要的，尤其是对我们自动化专业的学生。通过双闭环电流转速系统的设计，我意识到只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到了很多问题，同时也发现了自己的不足之处，意识到自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这也将为我今后的学习和工作产生积极的影响。期中作业设计参考了众多同学的设计主要是网络上的一些相同专业的前辈的设计的过程中，渐渐清晰了一套完整的调速系统的设计方法，也渐渐地能够脱离这些前辈们的设计，从而独立进行思考和设计，不得不说是一种进步。最后，由于水平有限，在设计中难免存在许多不妥之处，敬请老师指正。内容摘要 （1）另外，在单闭环调速系统中，用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器的参数调速（2）因此采用电流负反馈控制过程，起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈（3）当 h=5 时，得 n=37.6%，不能满足设计要求（4）设理想空载启动时 z=0，当 h=5时，得 Cmax/Cb=81.2%，则n=281.2%1.5（7600.14/1.82）/375）（0.0274/0.112）=9.29%10%（5）最后，由于水平有限，在设计中难免存在许多不妥之处，敬请老师指正
