自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計模板

1、DS18B20水溫自動控制系統(tǒng)班 級：電氣10-5學(xué) 號：2號姓 名：王健 指導(dǎo)教師：張秀目 錄1 緒論 12本設(shè)計的主要研究內(nèi)容 1建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 1經(jīng)典控制部分 2仿真部分 2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的參數(shù)測定 4測定電樞回路的電磁時間常數(shù)TL 測定電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)Tm 9測定觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù)KS 11雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 16轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)的兩個基本矛盾調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程分析轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型2.3.1 主電路及其化簡課程設(shè)計說明書 NO.11 課程設(shè)計的目的自

2、動控制系統(tǒng)課程設(shè)計是學(xué)習(xí)理論課程之后的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是使學(xué)生鞏固和加深課程的理論知識，結(jié)合實際，融會貫通。進一步培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決實際工程技術(shù)問題的能力。充分發(fā)掘自身的潛力，開拓思路設(shè)計雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng)。并掌握其系統(tǒng)的組成、工作原理、調(diào)節(jié)器的設(shè)計及Simulink仿真等內(nèi)容，同時在計算、繪圖、編號、設(shè)計說明書等方面得到訓(xùn)練，為今后的學(xué)習(xí)工作奠定基礎(chǔ)。2 課程設(shè)計的主要內(nèi)容2.1 系統(tǒng)的組成如圖1所示，為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）和電流調(diào)節(jié)器（ACR），二者之間實行嵌套（或稱串級）連接，且都帶有輸出限幅電路。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出

3、當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)1。圖中ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR為電流調(diào)節(jié)器，TG為測速發(fā)電機，TA為電流互感器，UPE為電力電子變換器，為轉(zhuǎn)速給定電壓，為轉(zhuǎn)速反饋電壓，為電流給定電壓，為電流反饋電壓。圖1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 課程設(shè)計說明書 NO.22.2 系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，圖中標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出的電壓的實際極性，他們是按照電力電子變換器的控制電壓U為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電

4、流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。在啟動過程中由于外環(huán)很快達到飽和，只有電流負反饋起作用，此時相當(dāng)于在最大允許起動轉(zhuǎn)矩的情況下進行恒流起動，系統(tǒng)能獲得最大的加速度，且電流和轉(zhuǎn)速負反饋分別加到兩個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)速環(huán)起作用，系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，此時電流環(huán)只起跟隨作用，這樣就可以實現(xiàn)準時間最優(yōu)控制，使系統(tǒng)能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。圖2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖2.3 系統(tǒng)的靜特性分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖3所示，兩個調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U決定了電流給定的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓U限制了電力電子變

5、換器的最大輸出電壓U1。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般使存在兩種狀況：飽和輸出達到限幅值，不飽和輸出未達到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出達到限 課程設(shè)計說明書 NO.3幅值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和。換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓U在穩(wěn)態(tài)時為零。圖3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù)2.4 系統(tǒng)的動態(tài)過程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U由靜止?fàn)顟B(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)起動過程如圖4所示。由于在啟動過

6、程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR歷經(jīng)了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分為圖中標(biāo)明的、三個階段。第階段是電流上升階段。第階段是恒流升速階段。第階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。圖4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形 課程設(shè)計說明書 NO.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由直流電動機環(huán)節(jié)、功率驅(qū)動環(huán)節(jié)、電流轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)共同構(gòu)成，通過推導(dǎo)可以得到雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋的作用，分別設(shè)置了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器。兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，在實際運行中可能處于不飽和、飽和兩種狀態(tài)。其次，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)包含可電流、轉(zhuǎn)速兩個控制回路，所以系統(tǒng)不能簡單

7、地用線性控制理論分析2。用工程設(shè)計的方法來設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器，應(yīng)按照設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”的一般原則。從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)該首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，圖中增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)。有測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向文波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用T表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時間常數(shù)為T的給定濾波環(huán)節(jié)。圖5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.5 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 整流

8、裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動機：220V，136A，1000r/min，=0.192Vmin/r，允許過載倍數(shù)=1.5；晶閘管裝置放大系數(shù)：K=44；電樞回路總電阻：R=1； 課程設(shè)計說明書 NO.5時間常數(shù)：T=0.0167s，T=0.075s；電流反饋系數(shù)：=0.05V/A（10V/1.5I）。設(shè)計要求：設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量5%。（1）確定時間常數(shù)整流裝置滯后時間常數(shù)T=0.00167s。電流濾波時間常數(shù)T。三項橋式電路每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）T=3.33ms，因此取T=2ms=0.002s。電流環(huán)小時間常數(shù)之和T= T+ T=0

9、.00367。（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：W（s）=檢查對電源電壓的抗擾性能：4.55，各項指標(biāo)都是可以接受的。（3）計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：=0.0167s。電流環(huán)開環(huán)增益：要求5%時，應(yīng)取=0.5，因此K=s136.2 s于是，ACR的比例系數(shù)為=1.034課程設(shè)計說明書 NO.6（4）校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：=136.2 s校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件= s199.6 滿足近似條件校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件3=3*

10、 s84.8 滿足近似條件校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件=* s182.4 s 滿足近似條件（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖所示，按運算放大器取R=40k，各電阻和電容值計算如下：1.034*40k=41.36 k 取40 kC=0.41F 取0.4FC=0.2F 取0.2F按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為=4.3%5% 滿足設(shè)計要求課程設(shè)計說明書 NO.7圖6 含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器2.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計除電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計中已給出數(shù)據(jù)外，已知：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.01Vmin/r，要求轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。（1）確定

11、時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)。由電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計，已取=0.5，則=2T=2*0.00367s=0.00734轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)T。根據(jù)所用測速發(fā)電機的波紋情況，取T=0.01s。轉(zhuǎn)速小時間常數(shù)T。按小時間常數(shù)近似處理，取T=+ T=0.00734+0.01=0.01734（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：W（S）=（3）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為=5*0.01734=0.0867s 課程設(shè)計說明書 NO.8轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為K=s399.1 sASR的比例系數(shù)為K=2.5（4）檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為=K

12、=399.1*0.0867s34.6 s電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件= s64.2 s 滿足簡化條件轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件= s38.9 s 滿足近似條件（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖7所示，取R=40k，則2.5*40k=100k 取100kC=F0.867F 取1FC=1F 取1F（6）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時，=37.6%，不能滿足設(shè)計要求。按ASR退保和的情況重新計算超調(diào)量。課程設(shè)計說明書 NO.9（7）退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計算=2（）（）=2*81.2%*1.5*8.98%10%滿足設(shè)計要求圖7 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2.7 電流環(huán)的仿真電流環(huán)的仿真模

13、型如圖8所示，其中晶閘管整流裝置輸出電流可逆。圖8 電流環(huán)的仿真模型圖9（a）的PI參數(shù)是根據(jù)上述電流環(huán)設(shè)計的結(jié)果設(shè)定的，參數(shù)關(guān)系是KT=0.5。在此基礎(chǔ)上，利用圖8的仿真模型，可以觀察PI參數(shù)對跟隨性能指標(biāo)的影響趨勢，找到符合工程要求的更合適的參數(shù)。以KT=0.25的關(guān)系式按典型系統(tǒng)的設(shè)計方法得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為0.517+，很快地得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)課程設(shè)計說明書 NO.10的仿真結(jié)果如圖9(b)所示，無超調(diào)，但上升時間長；以KT=1.0的關(guān)系式得到PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為2.068+，同樣得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖9(c)所示，超調(diào)大，但上升時間短。KT=0.5時的超調(diào)

14、量=4.2%KT=0.25時的超調(diào)量=0%KT=1.0時的超調(diào)量=23.4%圖9（a）、(b)分別給定KT=0.5和KT=0.25時的階躍響應(yīng)曲線，可以看出，給定量不同時，對應(yīng)超調(diào)量過渡過程時間不相同。給定KT=0.25時，過渡過程時間約為0.2s，超調(diào)量為0；而當(dāng)給定KT=0.5時，過渡過程時間約為0.4s，超調(diào)量約為4.2%。可見隨著KT的增大，過渡過程時間和超調(diào)量都變大。KT過大時，系統(tǒng)的動態(tài)性能滿足不了使用要求的需要。圖9(a) 電流環(huán)的仿真結(jié)果課程設(shè)計說明書 NO.11圖9(b) 無超調(diào)的仿真結(jié)果圖9(c) 超調(diào)量較大的仿真結(jié)果2.8 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型如圖12所示。圖10

15、 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型課程設(shè)計說明書 NO.12雙擊階躍輸入模塊把階躍值設(shè)置為10。ASR調(diào)節(jié)器經(jīng)過了不飽和、飽和、退飽和三個階段，最終穩(wěn)定運行于給定轉(zhuǎn)速。圖11（a）的PI參數(shù)是根據(jù)上述轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計的結(jié)果設(shè)定的，參數(shù)關(guān)系是KT=0.5。在此基礎(chǔ)上，利用圖10的仿真模型，可以觀察PI參數(shù)對跟隨性能指標(biāo)的影響趨勢，找到符合工程要求的更合適的參數(shù)。以KT=0.25的關(guān)系式按典型系統(tǒng)的設(shè)計方法得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為1.25+，很快地得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖11(b)所示；以KT=1.0的關(guān)系式得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為5+，同樣得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖11(c)所示；KT=

16、2.0的關(guān)系式得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為10+，同樣得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖11(d)。KT=0.5時的超調(diào)量=37.6% KT=0.25時的超調(diào)量=44.3%KT=1.0時的超調(diào)量=28.2%KT=2.0時的超調(diào)量=7.5%圖11（a）、(d)分別給定KT=0.5和KT=2時的階躍響應(yīng)曲線，可以看出，給定量不同時，對應(yīng)超調(diào)量過渡過程時間不相同。給定KT=2時，過渡過程時間約為0.55s，超調(diào)量為7.5%；而當(dāng)給定KT=0.5時，過渡過程時間約為0.3s，超調(diào)量約為37.6%?？梢婋S著KT的減小，過渡過程時間減小，但超調(diào)量增大。KT過小時，系統(tǒng)的動態(tài)性能滿足不了使用要求的需要。課

17、程設(shè)計說明書 NO.13圖11（a） KT=0.5時轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖圖11（b） KT=0.25時轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖圖11（c） KT=1.0時轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖課程設(shè)計說明書 NO.14圖11（d） KT=2.0時轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖雙擊階躍輸入模塊把階躍值設(shè)置為10。把負載電流的設(shè)置為136，滿載起動，其轉(zhuǎn)速與電流響應(yīng)曲線如圖12(a)所示，起動時間延長，退飽和超調(diào)量減少。圖12（a）的PI參數(shù)是根據(jù)上述電流環(huán)設(shè)計的結(jié)果設(shè)定的，參數(shù)關(guān)系是KT=0.5。以KT=0.25的關(guān)系式按典型系統(tǒng)的設(shè)計方法得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為1.25+，很快地得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿

18、真結(jié)果如圖12(b)所示；以KT=1.0的關(guān)系式得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為5+，同樣得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖12(c)所示；以KT=2.0的關(guān)系式得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為10+，同樣得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖12(d)所示。KT=0.5時的超調(diào)量=11.2%KT=0.25時的超調(diào)量=20.0%KT=1.0時的超調(diào)量=9.0%KT=2.0時的超調(diào)量=7.5%圖12（a）、(d)分別給定KT=0.5和KT=2時的階躍響應(yīng)曲線，可以看出，給定量不同時，對應(yīng)超調(diào)量過渡過程時間不相同。給定KT=2時，過渡過程時間約為0.55s，超調(diào)量為7.5%；而當(dāng)給定KT=0.5時，過渡過

19、程時間約為0.3s，超調(diào)量約為11.2%?？梢婋S著KT的減小，過渡過程時間減小，但超調(diào)量增大。KT過小時，課程設(shè)計說明書 NO.15系統(tǒng)的動態(tài)性能滿足不了使用要求的需要。圖12（a） KT=0.5時轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖圖12（b） KT=0.25時轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖圖12（c） KT=1.0時轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖課程設(shè)計說明書 NO.16圖12（d） KT=2.0時轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖2.9 過電流保護要求是在控制電路中檢測到電流，然后能馬上切斷晶閘管的電壓實現(xiàn)保護。可以選擇用穩(wěn)壓管或電壓比較器。下面是選用電壓比較器LM393的設(shè)計方案，一個輸入端輸入來自電流檢測的電流信號；

20、另一個輸入端輸入過電流設(shè)定值。LM393的電機保護電路圖如圖16所示。圖16 LM393的電機保護電路圖設(shè)計思路（1）當(dāng)A點電壓大于B點電壓時，Vout反轉(zhuǎn)，由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑑x器報警，課程設(shè)計說明書 NO.17以防止電機過載損壞；（2）運放實際供電為5.12V（微機-11型電源+5V輸出）；（3）LM741負輸入端基準電壓V=5*R4/（R3+R4）=1.503V；（4）C1,C2濾波；R1為2W、1%金屬膜電阻；R2,R5保護運放LM741正負輸入端；R3,R4為LM741負輸入端分壓電阻，精度為1%；R6反饋電阻，保護芯片；R6保護輸出端目標(biāo)；（5）電機用電阻替代，以實現(xiàn)A點分壓；（6

21、）LM741正輸入端電壓來自“微機-11型電源”的+6V26V在R1上的分壓，R1和電機代替電阻根據(jù)具體情況配置；（7）LM741負輸入端電壓來自“微機-11型電源”的+5V在R4上的分壓，R3和R4根據(jù)具體情況配置；（8）當(dāng)B點分壓為1.5V、1V、0.4V，A點分壓大于或小于B點電壓時，運放輸出均為高電平，不能達到使用要求；（9）將B點分壓配置為2.476V,調(diào)節(jié)A端分壓： 當(dāng)A點分壓小于2.476V時，輸出Vout為低電平1.795V；當(dāng)A點分壓大于2.476V時，輸出Vout為高電平4.57V。芯片用作比較器正常工作；（10）進行進一步測試，當(dāng)負端輸入電壓小于2.0V時，芯片

22、用作比較器時不能正常工作。3 設(shè)計結(jié)果分析直流電機雙閉環(huán)系統(tǒng)是常見的伺服系統(tǒng).對于伺服的控制需要對它的運行狀態(tài)驚醒辨識，而這些狀態(tài)往往無法直接通過測量得到，需要設(shè)計并通過相應(yīng)的狀態(tài)觀察器得到。同時，從實際觀測的角度出發(fā)，為消除存在的干擾，需要對電機系統(tǒng)的輸出（從實時情況下測量得到電機的轉(zhuǎn)動速度）和系統(tǒng)狀態(tài)進行濾波處理3。3.1 電壓變化和負載變化引起的擾動情況（1）電壓變化引起的擾動 采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)后，由于增加了電流內(nèi)環(huán)，而電網(wǎng)電壓擾動被包圍在電流環(huán)里面，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生波動時，可以通過電流反饋得到及時調(diào)節(jié)，課程設(shè)計說明書 NO.18不必等到它影響到轉(zhuǎn)速后，再由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器作出反應(yīng)。

23、因此，在雙閉環(huán)直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓擾動所引起的動態(tài)速度變化要比在單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中小的多4。（2）負載變化引起的擾動隨著負載轉(zhuǎn)矩T的變化，ASR和ACR的輸出電壓也發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，負載變化的過程是ASR調(diào)節(jié)作用的過程，依靠它的輸出電壓的相應(yīng)變化，使ACR和晶閘管整流裝置的輸出電壓的變化來補償負載電壓I在主電路電阻上引起的電壓變化，以保證穩(wěn)定狀態(tài)下電動機的轉(zhuǎn)速等于給定轉(zhuǎn)速。在整個過程中，ACR的作用是始終力圖使發(fā)動機電流與ASR的輸出電壓相當(dāng)，對抗負載擾動沒有好處反而有一定不利的影響4。3.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)存在的缺點及解決方案由雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)得分析可知，該系統(tǒng)的

24、最大特點是電動機的上升加速度/可以任意控制，起動過程能實現(xiàn)時間最優(yōu)控制。但是，通過其起動波形發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)還存在如下三個缺點5。（1）轉(zhuǎn)速從高速變低速時控制系統(tǒng)失控。因為當(dāng)可控整流裝置的輸出電壓由大變小時，電動機所儲存的能量無法回饋給電網(wǎng)，所以造成控制系統(tǒng)失控。（2）第第階段的電流上升率不能控制。我們希望在第階段的上升率越大越好，因為電流上升率越大，越接近理想的起動波形，但是晶閘管和大功率三極管不允許有過大的電流變化率。（3）啟動結(jié)束時，轉(zhuǎn)速必須出現(xiàn)超調(diào)才能使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR退出飽和狀態(tài)。通過前面的分析我們知道，由于轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)給定起動電流的可變性，導(dǎo)致上升時間

25、短，超調(diào)量卻不一定的現(xiàn)象出現(xiàn)，但是還是有超調(diào)。如果生產(chǎn)工藝要求不允許有超調(diào)，如何來解決這個問題呢？問題關(guān)鍵點已經(jīng)明確，如果能找到一種方法即讓轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入信號極性改變，又要讓實際轉(zhuǎn)速不超調(diào)，問題就會全面解決。要解決這個問題，就是讓轉(zhuǎn)課程設(shè)計說明書 NO.19速調(diào)節(jié)器提前退飽和，目前廣泛采用兩種方法。一是瞬間降低轉(zhuǎn)速給定電壓，二是自動提高轉(zhuǎn)速反饋電壓。第二種又分為改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)和采用轉(zhuǎn)速微分負反饋。這里我就不一一介紹。3.3 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓U變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實

26、現(xiàn)無靜差。（2）對負載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓U（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起即使抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電動機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）當(dāng)電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。3.4 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理由同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（

27、外部擾動或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI控制器時，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系課程設(shè)計說明書 NO.20統(tǒng)中不能完全按照要求來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗干擾性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動態(tài)誤差較大。在要求較高的調(diào)速

28、系統(tǒng)中，一般有兩個基本要求：一是能夠快速啟動制動；二是能夠快速克服負載、電網(wǎng)等干擾。通過分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動，必須使直流電動機在起動過程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當(dāng)電樞電流保持最大允許值時，電動機以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對電樞電流進行調(diào)節(jié)。以上兩點都涉及電樞電流的控制，所以自然考慮到將電樞電流也作為被控量，組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。課程設(shè)計說明書 NO.214 設(shè)計心得體會通過了一周的自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計，讓我懂得了更多與專業(yè)方面知識有關(guān)的東西，為下學(xué)期的學(xué)習(xí)打下了更堅實的基礎(chǔ)。自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計的內(nèi)容有很多老師并沒有講過，書上也沒有，也就是說完成了課程設(shè)計以后我們才算真正的完整的學(xué)完了自動控制系統(tǒng)這門課。課程設(shè)計讓我