2022自动化专业课程设计报告.docx
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1、2022自动化专业课程设计报告 自动化专业课程设计报告自动化专业课程设计报告自动限制原理课程设计题目:超前校正环节的设计班级自动化09-1姓名杨金凤学号0905130122时间201*.12.13-201*.12.17地点电信试验十九软件机房指导老师崔新忠大连海洋高校信息工程学院自动化教研超前校正环节的设计一,设计课题已知单位反馈系统开环传递函数如下:kGOss10.1s10.3s试设计超前校正环节,使其校正后系统的静态速度误差系数Kv6,相角裕度为45度,并绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线,开环Bode图和闭环Nyquist图。二、课程设计目的1.通过课程设计使学生更进一步驾驭自动限制原理
2、课程的有关学问,加深对内涵的理解,提高解决实际问题的实力。2.理解自动限制原理中的关于开环传递函数,闭环传递函数的概念以及二者之间的区别和联系。3.理解在自动限制系统中对不同的系统选用不同的校正方式,以保证得到最佳的系统。4.理解在校正过程中的静态速度误差系数,相角裕度,截止频率,超前(滞后)角频率,分度系数,时间常数等参数。5.学习MATLAB在自动限制中的应用,会利用MATLAB供应的函数求出所须要得到的试验结果。6.从总体上把握对系统进行校正的思路,能够将理论操作联系实际、运用于实际。三、课程设计思想我选择的题目是超前校正环节的设计,通过参考课本和课外书,我大体按以下思路进行设计。首先通
3、过编写程序显示校正前的开环Bode图,单位阶跃响应曲线和闭环Nyquist图。在Bode图上找出剪切频率,算出相角裕量。然后依据设计要求求出访相角裕量等于45度的新的剪切频率和分度系数a。最终通过程序显示校正后的Bode图,阶跃响应曲线和Nyquist图,并验证其是否符合要求。四、课程设计的步骤及结果1、因为GOsk是型系统,其静态速度误差系数s10.1s10.3sKv=K,因为题目要求校正后系统的静态速度误差系数Kv6,所以取K=6。通过以下程序画出未校正系统的开环Bode图,单位阶跃响应曲线和闭环Nyquist图:k=6;n1=1;d1=conv(conv(10,0.11),0.31);m
4、ag,phase,w=bode(k*n1,d1);figure(1);margin(mag,phase,w);holdon;figure(2);s1=tf(k*n1,d1);sys=feedback(s1,1);step(sys);figure(3);sys1=s1/(1+s1);nyquist(sys1);gridon图1-校正前开环波特图图2-校正前输入波形由校正前Bode图可以得出其剪切频率为3.74,可以求出其相角裕量0=1800-900-arctanc0=21.20370。根本不满意题目要求,所以要设计超前校正网络。图3-校正前闭环奈斯图2、确定超前校正函数,即确定超前网络参数a和T
5、。确定该参数的关键是求超前网络的剪切频率c,有以下公式:L(wc)Lc(wm)10lga;(1)T1wma;(2)marcsina1;(3)a1a和由(1)、(2)、(3)三个公式可的关于c的方程组:10lga20lgarcsin6(方程1)(jwc)(0.1jwc1)(0.3jwc1)a190arctan(0.1wc)arctan(0.3wc)45(方程2)a1用MATLAB解方程组程序如下:aw=solve(10*log10(a)=20*log10(w*sqrt(0.1*w)2+1)*sqrt(0.3*w)2+1)-20*log10(6),asin(a-1)/(a+1)+pi/2-atan
6、(0.1*w)-atan(0.3*w)=pi/4,a,w)可求得:a=7.737076=6.444739rad/s所以,T1wma=0.05578s所以超前网络传递函数可确定为:Gcs1aTs10.4316s1Ts10.05578s3、超前网络参数确定后,已校正系统的开环传递函数可写为:Gc(s)G0(s)6(10.4316s)s(10.1s)(10.3s)(10.0558s)画该函数的Bode图以检验该函数是否符合设计要求,程序如下:k=6;n1=1;d1=conv(conv(10,0.11),0.31);s1=tf(k*n1,d1);n2=0.43161;d2=0.055781;s2=tf
7、(n2,d2);sope=s1*s2;figure(1);mag,phase,w=bode(sope);margin(mag,phase,w);图4-校正后开环波特图由图可以看出,校正后的系统相角裕量等于45,所以符合设计要求。接着画出已校正系统的单位阶跃响应曲线和闭环Nyquist图,程序如下k=6;n1=1;d1=conv(conv(10,0.11),0.31);s1=tf(k*n1,d1);n2=0.43161;d2=0.055781;s2=tf(n2,d2);sope=s1*s2;figure(1);sys=feedback(sope,1);step(sys);figure(2);s3
8、=sope/(1+sope);nyquist(s3);gridon;0图5-校正后闭环奈斯图图6-校正后输入五、课程设计总结通过一周的课程设计我对自动限制原理有了肯定程度的理解,这次课程设计我选择的题目是超前矫正网络的设计,原本对这一模块的学问驾驭的不是很好,但是通过这次课设,使我对超前校正网络设计思路和设计体系格式有了肯定的了解,在试验的过程中,通过对MATLAB工具的运用,是思路更加的清楚,同时通过与同学的探讨也发觉了自己许多的学问盲点,并加以改正,同时也了解到,自动限制原理所学的分析等等就是为了设计矫正网络使系统更加的稳定,总之通过这次课设使我对自动限制原理有了深刻的相识和了解六、参考文
9、献1.自动限制原理孟华编著机械工业出版社2.限制系统设计与仿真李宜达编著清华高校出版社3.限制系统仿真与计算机协助设计薛定宇编著机械工业出版社4.MATLAB7协助限制系统设计与仿真飞思科技产品研发中心电子工业出版社5.MATLAB语言与自动限制系统设计魏克新等机械工业出版社扩展阅读:东北高校自动化专业课程设计报告自动限制系统课程设计设计题目:全数字直流调速系统课程设计班级:自动化学号:姓名:孙长春指导老师:高超设计时间:0806班201*2518冯琳方晓柯201*年6月5日201*年6月15日全数字直流调速系统课程设计孙长春201*2518摘要众所周知,执行机构分为电动、气动及液压三种,而电
10、动执行机构占据了最主要的部分。在电动的执行机构中,直流电动机因其具有良好的调速特性,被工业界广泛的应用。直流调速方式有许多种,但是通过变更电动机电枢电压,便利牢靠,并且可以做到无级调速,备受工程师偏爱。本文首先从理论上将传统的直流调速系统和全数字的直流调速系统进行阐述,对比了晶闸管-电动机调速系统和全数字调速系统的特点,并着重介绍了应用全数字调速系统的优势;然后分别介绍了开环调速系统,转速单闭环调速系统,电流单闭环调速系统,转速电流双闭环调速系统的结构,并做出了分析。本文还通过软件设计的方法实现了8个基本试验和2个综合试验,并具体的对系统功能,系统原理,参数设置,运行曲线分析。通过这10个试验
11、,我们大体上学会了运用6RA70全数字调速系统,并且能利用软件设计实现开环,单闭环,双闭环,特别给定等试验,这些试验大多数来自工业现场的要求,通过这些试验,我们也初步具备了一些调试阅历和实力。本文的最终,我们还对我们试验过程中遇到的故障进行了记录和分析,这对我们以后的调试来说,是珍贵的阅历,在我们再次遇到同样的问题时,我们能轻而易举的将其解决。这次课程设计对我们每个学生都是一次特别难得的机会,将我们课程上学到的理论学问进行实践,做到学以致用。作为工科学生,我们不仅要学得好,还要用得好。关键词:电动直流调速系统全数字调速系统故障分析I全数字直流调速系统课程设计孙长春201*2518书目摘要.I1
12、.概述.-2-2.课程设计任务及要求.-2-2.1设计任务.-2-2.2设计要求.-3-3.理论设计.-3-3.1方案论证.-3-3.1.1传统的直流调速系统.-3-3.1.2全数字直流调速系统.-3-3.1.36RA70直流调速限制器.-4-3.2系统设计.-5-4.系统设计.-6-4.1软件设计.-6-4.1.1系统的初始参数输入(系统初始化).-7-4.1.2系统的限制参数设定.-7-4.1.3开环调速系统设定调整.-9-4.1.4单闭环调速系统设定调整.-9-4.1.5直流电动机的高、低速调整.-10-4.1.6直流电动机的点动限制.-12-4.1.7直流电动机的爬行限制.-14-4.
13、1.8电枢电流闭环限制.-16-4.1.9震荡发生器.-17-4.1.10斜坡函数发生器的参数设定及波形调整.-20-5.故障分析.-23-6.运用仪器设备清单.-24-7.收获、体会和建议.-24-8.参考文献.-26-全数字直流调速系统课程设计孙长春201*25181.概述由于自动限制系统这门课涵盖学问面广,理论联系实际的特点,因此,该课程的试验教学也有着无法取代的地位,特殊是在可控关断电力电子器件出现后,经过深化的探讨,已经建立了熟识的数学模型和完善的理论体系,广泛的应用于实际的生产中。与此同时,随着限制技术的迅猛发展,自动化产品的日益更新,直流调速系统也在随之发生日新月异的改变。目前,
14、全数字直流调速系统是当前工业限制领域广泛应用的技术,其操作简洁,并且不须要特地的编程学问,全部设置均可通过参数设定设备进行。参数设定也可通过PC的菜单提示进行,以实现快速的投入运行。西门子6RA7013全数字直流调速装置完全具备上述功能。SIMOREGDCMASTER以其高度运行牢靠性和好用性在世界范围内的各个工业领域著称:如印刷机械主传动,在起重机行业的行走机构和提升机构,电梯和缆车传动,在橡胶工业中的应用,在钢铁工业中的剪切传动、轧机传动、卷取及传动、横切机或薄膜机械和电动机、汽轮机或齿轮箱试验机的负载机械。更值得一体的是SIMOREGDCMASTER运用开放的和标准的PROFIBUS-D
15、P现场总线系统进行通讯,也可通过RS232接口干脆连接到PC和实现装置对装置的通讯。要实现通讯,只需在基本装置调速器的电子箱中插入通讯模块和工艺模块,然后对模块进行简洁的启动设置即可。通过本次课程设计,使我们同学更好的理解驾驭和敏捷应用这门专业学问,紧跟时代前言,增加我们应用新技术的实力,培育了我们较强的分析问题、解决问题的实际实力和创新实力。使我们学会运用SIMENS直流限制系统装置来进行相关的自动限制系统的分析和设计1。2.课程设计任务及要求2.1设计任务学会运用SIMENS直流限制系统装置,包括系统的基本功能、限制方案设计和参数设置、给定和反馈环节设计、供电方案和供电线路确定、主回路接线
16、方式选择及电机励磁回路设计等。全数字直流调速系统课程设计孙长春201*2518学习用计算机设置SIMENS直流限制系统装置的各种参数,以及通过计算机读取系统的参数。确定限制方案,画出系统的原理图和方框图,并运用SIMENS直流限制系统装置完成直流电动机的单闭环、双闭环限制调速。2.2设计要求依据系统的要求画出系统的原理图及方框图,并对系统进行理论分析。确定设计方案;并确定与系统对应的接线方式,系统运行方式,负载特点等。依据设计目标得到系统运行曲线,并分析。巩固和强化课堂上所驾驭的自动限制系统原理及应用学问,培育分析问题、解决问题的实际实力和创新实力。3.理论设计3.1方案论证3.1.1传统的直
17、流调速系统传统的直流调速系统中以可控直流电源为基础,随着电子技术与电力电子技术的发展在不断地更新换代,常用的可控直流电源主要包括:旋转变流机组、静止可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器三类,其中静止可控整流器随着晶闸管变流装置的应用,晶闸管直流电动机调速系统(简称V-M系统)是直流调速系统最主要的形式2。晶闸管变流装置主要的优点有:晶闸管变流装置的功率放大倍数在104以上,并且晶闸管的门极触发所需的功率小,不须要像直流发电机那样大的功率放大器。晶闸管变流装置的响应速度快,一般为毫秒级,而机组的响应速度为秒级,大大地提高了系统快速性。晶闸管变流装置较传统机组效率高、牢靠性高便利维护。3.1.2
18、全数字直流调速系统由于晶闸管作为模拟器件,其牢靠性低、功耗大、对散热条件、过电压、过全数字直流调速系统课程设计孙长春201*2518电流、电压电流改变率敏感、功率因数低及谐波大等问题限制了其发展。随着计算机的出现与普及,数字限制器渐渐代替了模拟限制器。数字限制器有以下优点:设计和限制敏捷。数字限制器的限制算法通过编程实现,简单实现多种控制算法,修改参数便利,牢靠。能实现集中监视和操作。计算机具有分时操作功能,采纳计算机限制,可以监视很好限制量,简单实现对生产过程的各个被控对象都管理起来。能实现综合限制。可以综合生产的各方面的状况,在环境和参数改变的时候,刚好进行推断,选择合适的方案进行限制,必
19、要的时候可以人工干预。牢靠性高,抗干扰实力强。数字限制器可以利用程序实现故障自诊断,自修复功能,并且限制算法通过软件方式实现,程序存储在计算机中,一般不受外部干扰影响,抗干扰实力强。3.1.36RA70直流调速限制器本试验设计采纳SIMENS公司的6RA70系列全数字直流调速限制器,6RA70SIMOREGDCMASTER系列整流器为全数字紧凑型整流器,输入为三相电源,可向变速直流驱动用的电枢和励磁供电,额定电枢电流从15A至2200A。紧凑型整流器可以并联运用,供应高至1201*A的电流,励磁电路可以供应最大85A的电流(此电流取决于电枢额定电流)3。利用该直流调速限制器实现以下试验:系统的
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