运动控制课程设计(侯阳)(共18页).doc

《运动控制课程设计(侯阳)(共18页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运动控制课程设计(侯阳)(共18页).doc（18页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上指导教师评定成绩： 审定成绩： 重 庆 邮 电 大 学 移 通 学 院课程设计报告设计题目：转速负反馈闭环调速系统的设计学 校： 重庆邮电大学移通学院 学 生 姓 名： 侯阳 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 聂岚 设计时间：2013 年 12 月重庆邮电大学移通学院课 程 设 计 任 务 书一、设计题目转速负反馈闭环调速系统的设计系统参数如下：直流电动机：额定电压UN=220V，额定电流IdN=55A，额定转速Nn=1000r/min，电阻R=1.0欧，开环转速降落为275r/min，要求调速范围D大于10，静差率S小于50%。电动

2、机电动势系数Ce=0.16V min/r。假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks=50，滞后时间常数Ts=0.00167s，电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s。转速反馈系数a=0.01v min/r。对应额定转速时的给定电业Un=10V。二、设计任务1）根据题目的技术要求，计算出系统参数Kp的取值范围，自取适当的Kp取值；2）分析论证并确定主电路的结构形式和组成，画出系统组成的原理框图；3）调速系统主电路元部件的确定及其参数计算；4）动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定系统的结构形式及进行控制、反馈等参数的计算，使

3、调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求；5） 用MATLAB建模并进行仿真（参照书P51-56页）三.设计要求： 报告应包括以下内容：A、系统各环节选型：主回路方案确定，控制回路选择，主要电气设备的计算和选择，系统参数计算等；B、系统调试过程介绍，在调试过程中出现的问题，解决办法等；C、课程设计总结，包括本次课程设计过程中的收获、体会等；D、设计中参考文献列表；E、报告使用A4纸打印，附加统一封面，全文不少于2000字。参考目录一、转速负反馈闭环调速系统的综述5二、系统参数（Kp等）估算7三、设计系统级仿真13四、结论18 一、转速负反馈闭环调速系统的综述 带转速负反馈的单闭环系统，由于它

4、能够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

5、，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：a. 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

6、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。两个调节器输出都带有限幅，ASR的输出限幅什Uim决定了电流调节器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输出限幅电压Ucm限制了整流器输出最大电压值，限最小触发角。b. 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

7、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。 二、系统参数（Kp等）估算 设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始，一环一环地逐步向外扩展。在这里是：先从电流环入手，首先设计好电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。一下取=3.14计算，故机电时间常数，电磁时间常数a.确定时间常数整流滤波时间常数Ts，三相桥式电路滞后时间常数；电流滤波时间常数Toi，给定

8、为；电流环小时间常数Ti，按小时间常数近似处理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s。b.选择电流调节器结构由设计要求：i%5%，并保证系统稳态电流无误差，因此可按典型I型系统设计，电流调节器选用PI型，其传递函数为: WACR(s) =检查对电源电压的抗扰性能：,满足要求。c.计算电流调节器参数转速反馈系数：=0.01min/r电流反馈系数：=0.121V/AACR超前时间常数: ;电流环开环增益：要求i%5%时，应取，因此： 于是，ACR的比例系数为： d.校验近似条件电流环截止频率；晶闸管装置传递函数近似条件为： 现在，满足近似条件；忽略反电动势对电流环影响的条件为： =51.23，满足

9、近似条件；小时间常数近似条件处理条件为： =180.8， 满足近似条件。e.计算调节器电阻和电容电流调节器原理如图31所示，所用运算放大器给定R0=40k，各电阻和电容值计算如下： ，取。 ，取1。，取0.2。按照上述参数，电流环可以达到的动态指标为：i%=4.3%5%，满足设计4）按工程设计方法设计双闭环系统的ASR：a.确定时间常数电流环等效时间常数为；转速滤波时间常数Ton ，给定为 Ton=0.01s；转速环小时间常数 按小时间常数近似处理，取=。b选择转速调节器结构由于设计要求无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求，应按典型型系统设计速度环，故ASR选用PI调节器，其传递

10、函数为：c.计算速度调节器参数按跟随和抗干扰性能较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为：，转速环开环增益： 于是，ASR的比例系数: d.校验近似条件转速截止频率：;电流环传递函数简化条件： 现在， ,满足简化条件;转速环小时间常数近似条件为： 现在 = ,满足近似条件。e.计算调节器电阻和电容转速调节原理图如图32所示，给定，则，取560k。，取0.16。取1。图3-2 含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器 f校核转速超调量 查表不符合要求，按ASR退饱和重新计算超调量 当h=5时，=81.2，而= 因此=81.2（1.5-0）=6.89%10%，能满足设计要求。5）内、外开环对数

11、幅频特性的比较图41把电流环和转速环的开环对数幅频特性画在一张图上，其中各转折频率和截止频率依次为： ， ， ， 。以上频率一个比一个小，从计算过程可以看出，这是必然的规律。因此，这样设计的双闭环系统，外环一定比内环慢。一般来说，。从外环的响应速度受到限制，这是按上述方法设计多环控制系统时的缺点。然而，这样一来，每个环本身都是稳定的，对系统的组成和调试工作非常有利。总之，多环系统的设计思想是：以稳为主，稳中求快。 三、设计系统级仿真a. 电流闭环的仿真校正后电流环的动态结构框图成了如下的典型形式：其中。在matlab中搭建好系统的模型，如下图：为了研究系统的参数对动态性能的影响，分别取KI T

12、Si =0.39、0.50、0.69、1.00，此时KI的值也会随之变化，运行仿真，即可得不同KI值的阶跃响应曲线： 图6-1 KT=0.39的阶跃响应曲线图6-2KT=0.50的阶跃响应曲线图6-3 KT=0.69的阶跃响应曲线图6-4 KT=1.00的阶跃响应曲线由曲线可以看出如果要求动态响应快，可取KT=0.69-1.0；如果要求系统超调小，则应把KT的值取小些，可取KT0.39;无特殊要求，取折中值KT=0.5，称为最佳二阶系统。图6-1图6-4反映了PI调节器的参数对系统品质的影响趋势，在工程设计中，可以根据工艺的要求，直接修改PI调节器的参数，找到一个在超调量和动态响应快慢上都较满

13、意的电流环调节器。b. 转速环的仿真设计在增加转速环调节后，转速环开环传递函数如下：校正后的调速系统动态结构框图如下所示：其中。在matlab中搭建好系统的模型，如下图： 转速环的仿真设计为满足系统在不同需求下的跟随性与抗扰行能要求，取h的之分别为：3、5、7、9.用matlab仿真结果如下：图7-1h=3时的阶跃响应曲线图7-2h=5时的阶跃响应曲线图7-3h=7时的阶跃响应曲线图7-4h=9时的阶跃响应曲线由图可以看出：h值越小，动态降落也越小，恢复时间、调节时间也短，抗扰性能也越好，但是，从h5以后，由于震荡剧烈h越小，恢复时间反而延长，综合起来看，h=5是最佳选择，也即最佳三阶系统。

14、对电流环与转速环都是根据实际需要调节参数的，对比型、型系统可以发现：型系统可以在跟随性上做到超调小，但抗扰性能差；而型系统超调却相对较大，抗扰性能较好。四、结论 a.通过该次设计，更加熟悉掌握了电流转速双闭环直流调速系统的结构组成以及它的工作原理，加深了对开环、闭环有静差、无静差调速的理解-闭环结构保证系统的稳定性与抗干扰能力；无静差调速则保证系统有较低的稳态误差。b.由此也初步掌握双闭环调节器的整个设计过程，其基本思想是先内环再外环。在结构框图的处理过程中有多处近似处理，简化了传递函数，从而使问题得到简化，因此称为被称为“工程设计方法”，这意味着在实际的应用中，在可以大大简化分析过程却很小影响分析结果的方法是很有价值的。从开环到闭环、从闭环无静差到有静差、从单环到双环着一些列的变化显示人们人知的渐进性。c.matlab仿真是自己临时捡起matlab课本重新回顾才完成的，仿真的直观的证明了最佳二阶、三阶系统的参数，并再一次体现了matlab在控制中的重要作用，的确是一个很强大的仿真工具。整个仿真过程也加深了自己对电力拖动控制相关知识理解程度，相当于也许经过证明的才是最可靠的。d.由于水平有限，设计中肯定有许多错误和不足的地方，敬请老师指正。专心-专注-专业