自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計模板_第1頁
自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計模板_第2頁
自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計模板_第3頁
自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計模板_第4頁
自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計模板_第5頁
已閱讀5頁,還剩22頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

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

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論