2022年自动控制系统课程设计 .pdf

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1、03020232 董燕1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕2 自动控制系统课程设计1、课设目的1. 加强对随动控制系统的认识，掌握工程设计的方法。2. 通过对随动系统的单元,部件及系统的调试 ,提高实际技能 ,培养分析问题解决问题的能力。3. 掌握应用计算机对系统进行仿真的方法。4. 培养编制技术总结报告的能力。2、控制对象130SZ02型直流电动机铭牌参数为Id=2.1A Ud=220V

2、 P出=355W Rs=5欧额定转速 n=1500r/min 额定转矩 =23000克/厘米要求达到性能指标 :D=10 S=+/-5% 3、课设设计任务采用单相 220V 供电,设计采用电势反馈的可控硅直流调速系统。其中包括 : 1. 主电路设计2. 触发电路的设计3. 给定电压电路的设计4. 电势反馈的设计5. 保护装置的设计6. 触发电路与主电路同步的设计7. 整流装置内阻的测定8. 测定触发器 -整流装置的放大倍数4、设计要求4。1 设计计算1. 系统方案论证 ,绘制电路原理图2. 主电路元部件参数的选择与计算3. 触发电路元部件参数的选择与计算4. 保护装置元部件参数的选择与计算5.

3、 电流电压反馈电路的计算42 设计实验1. 触发电路单元的调试2. 主电路调试3. 电流电压反馈环节的调试4. 整流装置内阻的测定名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕3 5. 触发器 -整流装置放大倍数的测定6. 系统开环调试并测定机械特性7. 系统闭环调试并测定机械特性8. 考虑到系统仿真所需参数的测定5、设计方案51 总体的设计原理511 整体设计框图要求：静差率 S=+/-5% 调速范围

4、 D=10 512 被控对象被控对象 :电动机 (他励) n=(U-IdR)/Ce直流电动机有很好的调速特性，它被广泛地用于需要变速传动的各种场合。1) 调压调速： n 趋近于 U。2) 调励磁：因为是他励，所以励磁不变。3) 回路电流不可调原理图为 : 其机械特性图：N0 Ned S= Ned/N0*100% 0 Ied 513 主电路设计电路系统主要采用的是单向桥式整流电路，所用器件是可控硅。 采用电压负反馈名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 34 页 -

5、 - - - - - - - - 03020232 董燕4 加上电流正反馈来控制主电路设计1、原理图：2、可控硅特点:实现了弱电对强电的控制 .它有阳极 A,阴极 C,控制极 G. 导通条件 : (1)A(+),C(-); (2)G(+), C(-) 必须同时满足 .注意:导通后 G,C 极电压和主电路就没关系了 . 关闭条件 : A(-) C(+) 3、保护装置 : (1) 电压保护：压敏电阻或硒堆。(2) 电流保护：熔断器。缺点其芯易老化。(3) 散热保护：散热片。注意：可控硅额定电流 熔断器额定电流 系统正常工作电流514 控制电路 (触发电路 )设计1) 移相范围为 : (30-150

6、) 2) 实现同步 (每个周期脉冲出现的时刻相同)设计方法 :触发电路与主电路同步即是每个周波出现的时刻相同( 触发脉冲 )220V 交流电频率 50HZ,则 T=1/f=0.02s,因此触发脉冲的周期也应为T=0.02s, 而触发脉冲周期 T=T1+T2,T1为从谷点电压到峰点电压的电容充电时间由ReC 决定,T2为峰点降到谷点电压的电容放电时间, 由 Rb2C决定. 选择适当的电容 , 又由于 T2必须大于 1ms且控制 Re可控制脉冲的相位 , 则可在满足上述要求的情况下推算出Re的变化范围使触发脉冲可在30-150范围内变化。3) 脉冲的高度 : 大于 3.5V; 宽度1ms 。采用单

7、结晶体管去触发 (只有一个 PN 结)，它具有负阻特性。单结晶体管管脚图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕5 其内部等效电路图如下：4) 控制电路如下图分析： Re减小，充电快，充电那部分比较陡。Re增大，充电慢。结果： U 的变化即电阻 Re发生的变化。515 整流装置内阻的设计设计电路图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

8、- - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕6 516 回路电感设计设计电路图如下：517 系统所用元件电气参数名称BG1 BG2 WT 1R 2R 3R Rx R1 R2 型号3AX31B 3DG6D BT33F 2.2-3.3K 100-200 欧10K 锰钼丝39-51K 7.5-9.1K 名称R3 R4 R8 R5 R12 R6 R7 R9 R10 R11 R13 型号51K 2.4-3K 1-1.2K 300 欧1K 5.1K 470 欧4.7-5.1K 4.1-5.1K 名称C

9、1C2C6 C4 C5 C8C9 KP1-KP2 D1-D2 D4-D16 ZD1-ZD4 型号100微 F 0.1 微 F 30 微 F 0.01 微 F BT151 IN4007 IN4007 11V 稳压管518 设计总图见附录52 仿真设计521 仿真原理整体框图 : 1)控制器的参数模型为：ks/(Ts*s+1) 2)被控对象参数模型为1/Ce(Tm*Te*S2+Tm*S+1) 3）N=Kp*Ks*Ugd/Ce(1+K)-R*Id/Ce(1+K) N=N0- Ned,其机械特性越硬越好。4)仿真开环控制（带载和不带载）5）仿真转速负反馈（带载和不带载）名师资料总结 - - -精品资料

10、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕7 6）仿真电压负反馈（带载和不带载）7）仿真电压负反馈加电流正反馈（带载和不带载）此过程中的用到的相关公式如下: Tm=GD2*R/375Ce*Cm Tl=L/R Cm=(30/ )*Ce Ce=(Un-Id*R)/N 522 仿真过程1、开环控制开环无负载仿真图如下：开环有负载仿真图如下：其波形图如下：开环无负载开环有负载由上图可知，在系统开环的情况下，转速不受控，在输入过大的情况下，

11、容易发生飞车， 此时的系统性能较差。 在有负载的情况下， 由于开环系统转速不受控，无抗干扰能力，转速无法达到稳定，且输入过大的情况下，容易发生飞车，此时的系统性能很差。2、转速负反馈控制转速负反馈无负载仿真图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕8 转速负反馈有负载仿真图如下：其波形图如下：转速负反馈无负载转速负反馈有负载由上图可以看出，加入转速负反馈后，能通过对反馈转速与给定的偏差，控制

12、可控硅， 对电动机系统进行调节， 使其在给定电压为15V时，达到并稳定在所要求的最大转速 1500 转/ 秒。加负载时，系统对扰动有一定的抑制和调节能力，但由于是可控硅控制，无法实现无差调节， 则从图中可以看出扰动使电动机转速下降后，使实际转速与给定产生偏差， 可通过可控硅对系统的转速调节使其转速上升，只能接近但始终无法达到原来的最大转速1500 转/ 秒。3、电压负反馈控制电压负反馈无负载仿真图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 34 页 - - -

13、- - - - - - 03020232 董燕9 电压负反馈有负载仿真图如下：其波形图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕10 电压负反馈无负载电压负反馈有负载上图为电压负反馈的仿真时域图，从图中可以看出，电压负反馈一样能对电动机的转速进行控制， 由于电枢电压与转速成正比， 能通过对反馈电压与给定的偏差，控制可控硅，对电动机系统进行调节，同样可使其在给定电压为15V时，达到并稳定在最所要

14、求的最大转速1500 转/ 秒。但与转速负反馈比较， 其调节时间要稍长一点，说明电压负反馈的调节不如转速负反馈及时，但依然能满足要求。有负载时，系统对扰动同样有一定的抑制和调节能力，但由于是可控硅控制，无法实现无差调节， 则从图中可以看出扰动使电动机转速下降后，使实际电枢电压与给定产生偏差， 可通过可控硅对系统的转速调节使其转速上升，从而使电枢电压上升，而系统转速只能接近但始终无法达到原来的最大转速1500转/ 秒。与转速负反馈比较，其扰动稳定后的转速要略低于转速负反馈系统调节后的转速，说明其控制效果没有转速负反馈的好，但依然能对系统进行调节，使转速稳定，有一定的抗干扰能力，且实现比较简单。4

15、、电压负反馈 +电流正反馈控制电压负反馈 +电流正反馈无负载仿真图如下：电压负反馈 +电流正反馈有负载仿真图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕11 其波形图如下：电压负反馈 +电流正反馈无负载电压负反馈 +电流正反馈有负载上图为电压负反馈 +电流正反馈的仿真时域图，从图中可以看出，电压负反馈+电流正反馈一样能对电动机的转速进行控制，由于电枢电压与转速成正比，能通过对反馈电压与给定的偏

16、差，控制可控硅， 对电动机系统进行调节， 同样可使其在给定电压为15V时，达到并稳定在最所要求的最大转速1500转/ 秒。在加入电流正反馈后，其调节时间要比纯电压负反馈要快， 虽然依然比转速负反馈慢，但能满足要求。有负载时，系统对扰动同样有一定的抑制和调节能力，但由于是可控硅控制，无法实现无差调节， 则从图中可以看出扰动使电动机转速下降后，使实际电枢电压与给定产生偏差， 可通过可控硅对系统的转速调节使其转速上升，从而使电枢电压上升，而系统转速只能接近但始终无法达到原来的最大转速1500转/ 秒。与电压负反馈相比， 由于加入了电流正反馈， 使扰动后的调节时间变快了，稳定后的余差也较小了。6、波得

17、图和根轨迹名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕12 61 开环根轨迹计算 num=101.444 num = 101.4440 den1=2.5 1 den1 = 2.5000 1.0000 den2=0.018 0.157 1 den2 = 0.0180 0.1570 1.0000 den=conv(den1,den2) den = 0.0450 0.4105 2.6570 1.0000

18、printsys(num,den) num/den = 101.444 - 0.045 s3 + 0.4105 s2 + 2.657 s + 1 62 根轨迹图 rlocus(num,den) -20-15-10-505-15-10-5051015System: sysGain: 0.000399ole: -4.35 + 6.04iFrequency (rad/sec): 7.44Gain: 0Pole: -4.36 + 6.04iDamping: 0.585Overshoot (%): 10.4Frequency (rad/sec): 7.45System: sysGain: 0.00207

19、Pole: -4.32 - 6.02iDamping: 0.583Overshoot (%): 10.5Frequency (rad/sec): 7.4System: sysGain: 0Pole: -0.4Damping: 1Overshoot (%): 0Frequency (rad/sec): 0.4Root LocusReal AxisImaginaryAxis从以上根轨迹图可以看出，该系统存在稳定的根轨迹部分, 只要使系统开环传函的特征方程的根满足其实部为负数，就可使系统稳定。63 波得图 bode(num,den) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -

20、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕13 w=logspace(-1,2,32); bode(num,den,w) ；10-1100101102-270-225-180-135-90-450System: sysFrequency (rad/sec): 7.65Phase (deg): -179Phase(deg)Bode DiagramFrequency (rad/sec)-60-50-40-30-20-10010203040Magnitude(dB)S

21、ystem: sysFrequency (rad/sec): 14.1Magnitude (dB): -1.41从以上波得图可以看出，系统幅值裕度大于0dB，且相位裕度也大于0 度，说明该系统，是稳定的。7、改用 PID 设计71 转速负反馈控制转速负反馈无负载仿真图如下：转速负反馈有负载仿真图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕14 其波形图如下：转速负反馈无负载转速负反馈有负载加入

22、转速负反馈，调节PID 控制参数为适当的值，则系统能通过对反馈转速与给定的偏差， 控制 PID 控制器，从而对电动机系统进行调节，使其在给定电压为 15V时，达到并稳定在最所要求的最大转速1500转/ 秒。而且与可控硅控制系统比较，其调节时间较快。有负载时，系统对扰动有一定的抑制和调节能力，这里由于是PID 控制，有积分作用， 可实现无差调节， 则从图中可以看出扰动使电动机转速下降后，使实际转速与给定产生偏差， 可通过 PID 控制器对系统的转速调节使其转速上升，在经过一定的调节时间后， 可使系统达到原来的最大转速1500转/ 秒，实现无差控制。 在有扰动的情况下， 其对扰动的调节时间要比可控

23、硅控制系统得调节时间长。72 电压负反馈控制电压负反馈无负载仿真图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕15 电压负反馈有负载仿真图如下：其波形图如下：电压负反馈无负载电压负反馈有负载名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 34 页 - - - - - -

24、 - - - 03020232 董燕16 上图为电压负反馈的仿真时域图，从图中可以看出，电压负反馈一样能对电动机的转速进行控制， 由于电枢电压与转速成正比， 能通过对反馈电压与给定的偏差，控制 PID 控制器，对电动机系统进行调节，同样可使其在给定电压为15V时，达到并稳定在最所要求的最大转速1500转/ 秒。但与转速负反馈比较， 其调节时间要稍长一点， 说明电压负反馈的调节不如转速负反馈及时，但依然能满足要求。与可控硅控制系统比较，其调节时间较快。有负载时，系统对扰动有一定的抑制和调节能力，这里由于是PID 控制，有积分作用， 可实现无差调节， 则从图中可以看出扰动使电动机转速下降后，使实际

25、转速与给定产生偏差， 可通过 PID 控制器对系统的转速调节使其转速上升，在经过一定的调节时间后， 可使系统达到原来的最大转速1500转/ 秒，实现无差控制。 在有扰动的情况下， 其对扰动调节的时间要比可控硅控制系统得调节时间长。电压反馈系统对扰动的调节要比转速负反馈的调节时间要稍长一些。73 电压负反馈 +电流正反馈控制电压负反馈 +电流正反馈无负载仿真图如下：电压负反馈 +电流正反馈有负载仿真图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 34 页 - -

26、- - - - - - - 03020232 董燕17 其波形图如下：电压负反馈 +电流正反馈无负载电压负反馈 +电流正反馈有负载上图为电压负反馈 +电流正反馈的仿真时域图，从图中可以看出，电压负反馈一样能对电动机的转速进行控制，由于电枢电压与转速成正比， 能通过对反馈电压与给定的偏差， 控制 PID控制器，对电动机系统进行调节， 同样可使其在给定电压为 15V时，达到并稳定在最所要求的最大转速1500转/ 秒。但与转速负反馈比较，其调节时间要稍长一点，说明电压负反馈的调节不如转速负反馈及时，但在加入电流正反馈后的调节时间要比纯电压负反馈的要快。与可控硅控制系统比较，其调节时间较快。有负载时，

27、系统对扰动有一定的抑制和调节能力，这里由于是PID控制，有积分作用， 可实现无差调节， 则从图中可以看出扰动使电动机转速下降后，使实际转速与给定产生偏差， 可通过 PID 控制器对系统的转速调节使其转速上升，在经过一定的调节时间后， 可使系统达到原来的最大转速1500转/ 秒，实现无差控制。由于加入了电流正反馈，使其对扰动的调节时间减小。在有扰动的情况下，其对扰动调节的时间要比可控硅控制系统得调节时间长。电压负反馈+电流正反名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共

28、 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕18 馈系统对扰动的调节要比转速负反馈的调节时间要稍长一些。8、硬件组装与焊接81 控制板的安装与调试1. 先装稳压管、二极管、电阻、电容、晶闸管、检查方向准确后焊接。2. 将电位器支架先安装好，再拧紧电位器，再焊导线。3. 安装脉冲变压器，注意极性。4. 调试控制板。将印刷板座按下图焊接连线：合上开关 K 将电位器居中，观察并记录以下波形，将电位器调大或调小，观察波形是否变化。波形见后表。1)观察 1-2、11-12两端的电压与波形。2)观察电阻 R5、R12之前整流桥输出的电压与波形。3)观察 ZD1-ZD4两端的电压与

29、波形。4)观察 C2两端的波形。5)观察 BG2两端的波形。6)观察 D14两端的波形。7)观察 C4两端的波形。8)观察 C6两端的波形。9)观察 D11两端的波形。10) 观察 3-4、3-5 的波形。触发电路单元数据及波形实验测量端理论值实验值理论波形实验波形名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕19 1-2 之间电位器居中40V 56V PP=114V 电位器调小40V 56V PP=

30、114V 电位器调大40V 56V PP=114V 11-12之间电位器居中40V 59V PP=120V 电位器调小40V 55V PP=120V 电位器调大40V 55V PP=120V 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕20 整流输出（ R5 之前）电位器居中40V 50V 电位器调小40V 50V 电位器调大40V 50V 整流输出（R12 之前）电位棋居中40V 50V 电位器调

31、小40V 50V 电位器调大40V 50V ZD3-ZD4两端电位器居中22V 21V 电位器调小22V 21V 电位器调22V 21V 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕21 大ZD1-ZD2两端电位器居中22V 22V 电位器调小22V 22V 电位器调大22V 22V C2 两端电位器居中不变12.4V 电位器调小不变12.4V 电位器调大不变 12.4V BG2两端电位器居中0.7

32、V 0.62V 电位器调小0.7V 0.62V 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕22 电位器调大0.7V 0.62V D14 两端电位器居中0.7V 0.5V 电位器调小0-0.7V 0-0.5V 电位器调大0.7-1.4V 0.5-1V C4 两端电位器居中峰 点 到谷 点 电压之间5.8V 电位器调小峰 点 到谷 点 电压之间2.8V 电位器调大峰 点 到谷 点 电压之间12.2V

33、C6 两端电位器居中1.4V 1.1V 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕23 电位器调小1.4V 1.1V 电位器调大7V 5V 电位器调小7V 3.5V 电位器调大7V 8V 3-4 端电位器居中3.5V 4V 电位器调小3.5V 4V 电位器调大3.5V 4V 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整

34、理 - - - - - - - 第 23 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕24 3-5 端电位器居中3.5V 3V 电位器调小3.5V 3V 电位器调大3.5V 3V 82 主板的装配1. 焊 IN4007 6A 整流管，装 15线印刷板短接线、压敏电阻、电解电容。2. 将可控硅装于散热器上，将带有散热器的晶闸管焊好，再焊锰钢线。3. 将变压器装好、焊好。4. 将熔断器组装好固定在主板上，再焊好接线。5. 将整个主板装于框架导轨上。6. 将控制板与主板相应为支架接好。7. 将面板上开关、电压表、指示灯、可调电位器旋扭装好。83 整机调试1. 将螺丝拧

35、紧。2. 用万用表电阻档量两个二极管和两个整流管极性。分别将红黑表笔接于两端，若能显示电阻值则红表笔连接端为正、黑表笔连接端为负。3.量印刷板座 1-2，11-12 应为几十欧， 3 与 S2通，4、5 分别与晶闸管的门极通，10 与 S1、F1通，量 9 与 14 阻值在 010K 之间变化。测量结果： 1-2 之间阻值为 69 欧姆， 11-12之间阻值为 63 欧姆， 9 与 14 阻值在0-10K 变化。4.量交流电 220V 两点面板开关通断时阻值。测量结果：通时为53.7 欧，断时为 58.2M 欧。5.IN4007 阴极与 F2通。6.检查电压表极性。84 通电实验步骤（不接负载

36、）1. 不接电动机，重复调试控制板的步骤，观察波形有何变化。波形基本不变。2. 按图接线。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕25 3. 插上电源，将电位器拧至最小。4. 打开开关，检查指示灯是否亮。5. 测量励磁两端电压为210V。6. 把转速提高到 1500r/min 后改变电压负反馈与电流正反馈的大小，观察转速变化并记下转速及面板上电压表示数以及给定电压的值。具体数据见下表。系统特性数

37、据给 定 电压Ugd 最佳状态改变电压负反馈改变电流负反馈转速电枢电压转 速1 电 压1 转 速2 电 压2 转 速1 电 压1 转 速2 电 压2 12.44 1500 210 1350 190 680 90 1350 190 680 90 11.25 1400 190 1220 170 600 80 1221 170 600 80 9.84 1230 170 1050 145 465 60 1050 145 465 60 8.74 1050 150 920 120 410 55 920 120 410 55 7.70 862 120 780 100 320 45 780 100 320 4

38、5 6.70 780 100 660 90 305 40 660 90 305 40 5.24 545 80 480 65 215 25 480 65 215 25 4.74 485 70 420 55 180 20 420 55 180 20 3.75 128 50 310 40 120 10 310 40 120 10 85 整流装置内阻以及放大倍数的测定接线用两个滑动变阻器代替电动机，将其中一个滑动变阻器固定， 取另一个滑动变阻器在两个不同的值时的整流电压Ua 和整流电流 Ia。变流器等效内阻为：Rx = ( Ua2-Ua1 ) / (Ia2-Ia1) = (170-167.8) / (

39、1.225-1.025) =11欧姆同时测量电枢两端电压和电流，算出电机电枢电阻：Ra = Ua / Ia =5欧姆整流装置放大倍数的测定给定电压输入电压输出电压放大倍数13.13 0.85 200 235.29 12.70 0.85 190 223.52 11.18 0.83 170 204.82 10.17 0.83 150 180.72 8.70 0.82 120 146.34 7.14 0.82 100 121.95 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，

40、共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕26 5.92 0.82 80 97.56 5.42 0.82 70 85.36 4.10 0.81 50 61.73 3.33 0.78 40 51.28 2.57 0.76 20 26.31 整流装置放大倍数Ks=130.4486 电动机内部电感的测定接线如图，主电路串入滑动变阻器和交流电流表， 将滑动变阻器固定在某一值上。电机励磁加额定电压， 电枢加一交流低压， 改变加在电枢两端的电压， 测量得电流值，由此可得出阻 抗值 ， Z=Ua/Ia=23.8/1.05=22.66，电枢电 阻为 5 欧，则电感为： La=0.

41、07H 87 电压反馈系数的测定测的 1500 转/秒的电枢电压为 210V。测的 2-5 两端的电压为 12.28V。 =12.28/210=0.058 88 电流反馈系数的测定测的 1500 转/秒的电枢电压为 210V。测的 2-S2 两端的电压为 0.71V。 =0.71/210=0.0033 89 调试中出现的问题1、实验过程中的好多器件都已损坏，比如电位器不可调，脉冲变压器已经破损等等。2、C2 两端波形呈馒头波，原因是稳压管被击穿，没有限幅作用。解决方法：用万用表测量稳压管，发现稳压管被击穿，更换稳压管，波形恢复正常。3、R5 之前的波形不是很好的馒头波，原因是二极管被击穿，不能

42、很好的整流。解决方法：更换二极管，波形恢复正常。4、C4 两端波形不可调，原因是滑动变阻器已经损坏。解决方法：用万用表测滑动头与其中一端之间的阻值， 调节变阻器阻值不变， 则判断滑动变阻器已经损坏，更换滑动变阻器。5、整机调试时，打开开关，电动机发出砰的声音，反向调节滑动变阻器电枢电压升高，原因是滑动变阻器9 和 13 端接反了。解决方法：测数的时候反一下就行了。9、实验数据的代入仿真91 实际值仿真公式：1. Un=210 2. In=2.1 3. P=335 4. Ra=5 5. T=2300 6. n=1500 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

43、 - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕27 7. R=Rx+Ra=11+5=16 8. Ugd=13.13 9. Tl=L/R=0.07/16=0.0044 10. =12.28/2100.058 11. =0.71/210=0.0033 12. Ce=(Ud-Id*R)/n=(220-2.1*11)/1500=0.1246 13. Cm=30*Ce/ =30*0.1246 /3.14=1.19 14. Tm=GD2*R/(375*Ce*Cm)= （2.256*16）

44、/（375*0.1246 *1.19）=0.6489 15. 1/Ce=1/0.1246=7.2463 16. R（Tls+1）=16*（0.0044s+1 ）=0.0704s+16 17. Ks=130.44 根据上面的数值，对系统进行仿真。92 转速负反馈控制转速负反馈无负载仿真图如下：转速负反馈有负载仿真图如下：其波形图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕28 转速负反馈无负载转

45、速负反馈有负载由上图可以看出，在加入转速负反馈后，系统对扰动有一定的抑制和调节能力，但由于是可控硅控制， 无法实现无差调节， 则从图中可以看出扰动使电动机转速下降后， 使实际转速与给定产生偏差， 可通过可控硅对系统的转速调节使其转速上升，只能接近但始终无法达到原来的最大转速1500转/ 秒。这与预置参数的仿真结果实一致的。3、电压负反馈 +电流正反馈控制电压负反馈 +电流正反馈无负载仿真图如下：电压负反馈 +电流正反馈有负载仿真图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

46、28 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕29 其波形图如下：电压负反馈 +电流正反馈无负载电压负反馈 +电流正反馈有负载上图为电压负反馈 +电流正反馈的仿真时域图，从图中可以看出，电压负反馈+电流正反馈一样能对电动机的转速进行控制，由于电枢电压与转速成正比，能通过对反馈电压与给定的偏差，控制可控硅， 对电动机系统进行调节， 同样可使其在给定电压为15V时，达到并稳定在最所要求的最大转速1500转/ 秒。在加入电流正反馈后，其调节时间要比纯电压负反馈要快， 虽然依然比转速负反馈慢，但能满足要求。这与预置参数的仿真结果实一致的。有负载时，系统对扰动同样有一

47、定的抑制和调节能力，但由于是可控硅控制，无法实现无差调节， 则从图中可以看出扰动使电动机转速下降后，使实际电枢电压与给定产生偏差， 可通过可控硅对系统的转速调节使其转速上升，从而使电枢电压上升，而系统转速只能接近但始终无法达到原来的最大转速1500转/ 秒。与电压负反馈相比， 由于加入了电流正反馈， 使扰动后的调节时间变快了，稳定后的余差也较小了。这与预置参数的仿真结果实一致的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 29 页，共 34 页 - - - - - - - - -

48、 03020232 董燕30 10、实验数据用 PID 调整仿真101、转速负反馈控制转速负反馈无负载仿真图如下：8.025den(s)Transfer Fcn1StepScope1sIntegrator80Gain410Gain3-K-Gain110Gaindu/dtDerivative转速负反馈有负载仿真图如下：8.025den(s)Transfer Fcn1Step1StepScope1sIntegrator1Gain515Gain48Gain3-K-Gain2-K-Gain15Gaindu/dtDerivative1du/dtDerivative其波形图如下：名师资料总结 - - -精

49、品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 30 页，共 34 页 - - - - - - - - - 03020232 董燕31 转速负反馈无负载转速负反馈有负载加入转速负反馈，调节PID 控制参数为适当的值，则系统能通过对反馈转速与给定的偏差， 控制 PID 控制器，从而对电动机系统进行调节，使其在给定电压为 15V时，达到并稳定在最所要求的最大转速1500转/ 秒。而且与可控硅控制系统比较，其调节时间较快。这与预置参数的仿真结果实一致的。有负载时，系统对扰动有一定的抑制和调节能力，这里由于是 PID

50、 控制，有积分作用， 可实现无差调节， 则从图中可以看出扰动使电动机转速下降后，使实际转速与给定产生偏差， 可通过 PID 控制器对系统的转速调节使其转速上升，在经过一定的调节时间后， 可使系统达到原来的最大转速1500转/ 秒，实现无差控制。 在有扰动的情况下， 其对扰动的调节时间要比可控硅控制系统得调节时间长。这与预置参数的仿真结果实一致的。102 电压负反馈 +电流正反馈控制电压负反馈 +电流正反馈无负载仿真图如下：电压负反馈 +电流正反馈有负载仿真图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 -