自動控制課程設計

1、電氣工程學院課程設計報告課程名稱： 自動控制理論 設計題目： KSD-1型晶閘管直流隨動 控制系統(tǒng)的分析與校正 專 業(yè)： 自動化 班 級： 三班 學號： 20110220317 學生姓名： 李秀麗 時 間： 2014.2-2014.3 以下由指導教師填寫分項成績：出勤 成品 答辯及考核 總 成 績：總分 成績 指導教師（簽名）： KSD-1型晶閘管直流隨動系統(tǒng)分析與校正 前言一、 KSD-1型晶閘管直流隨動系統(tǒng)是按輸入角度與反饋角度之間的偏差原理進的。它 采用自整角機作位置測量元件，晶閘管做功率放大元件和直流伺服電動機做執(zhí)行元件，屬小功率隨動系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定精度和動態(tài)品質，在系統(tǒng)中加入P

2、ID串聯(lián)或并聯(lián)校正裝置。KSD-1型隨動系統(tǒng)實驗裝置是采用自整角機作為反饋元件，線性運算放大器作為放大元件。可控硅作為功率放大元件，直流伺服電機作為執(zhí)行元件的小功率隨動系統(tǒng)。為了改善系統(tǒng)的動態(tài)品質指標，采用了直流測速發(fā)電機反饋作為并聯(lián)校正，用電壓放大器作為有源串聯(lián)矯正器。本系統(tǒng)是采用電樞控制直流伺服電動機的隨動系統(tǒng)，系統(tǒng)采用變壓式自整角機對，用來測量兩個機械軸的轉角差，當系統(tǒng)靜止時兩個自整角機轉子相對于三相繞組的夾角之差為零。 KSD-1 型隨動系統(tǒng)性能指標（校正后）： （1）輸入軸最大變化速度50度/秒；最大角速度50度/。 （2）靜態(tài)誤差不大于0.5度。 （3）振蕩次數(shù)小于2次。 （4）超

3、調量30%。 （5）調節(jié)時間0.7s； （6）系統(tǒng)速度誤差1度（最大速度50度/秒），r=50t。執(zhí)行電機類型型號 功率 電流 電壓 轉速 激磁電壓 直流執(zhí)行 電動機 S569 160 瓦2.2 安110 伏3300 轉/分110 伏二、隨動系統(tǒng)原理簡圖和方塊圖 3、 系統(tǒng)中有關環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)1、 敏感元件自整角機本系統(tǒng)采用如圖所示的變壓器式自整角機對，用來測量兩個機械軸的轉角差。假設：系統(tǒng)的輸入角 ；輸出角 ， 為系統(tǒng)的誤差角：在發(fā)送機 的激磁繞組上加交流電壓 則在接收機 的變壓器繞組上輸出的感應電勢為 接收機的感應電勢通常隨動系統(tǒng)工作期間，失調角 是比較小的，輸出電壓曲線可看成直線 自整角

4、機對的傳遞函數(shù)可以看作一個線性放大環(huán)節(jié) 實驗測得的輸出特性如下自整角機對的傳遞函數(shù)為2、相敏整流元件與低通濾波器系統(tǒng)相敏整流選用二極管全波橋式整流。相敏整流的特點是輸出直流電壓的極性能反映輸入交流信號的相位，輸入為自整角機變壓器的輸出電壓 ，交流同步電壓 為參考電壓。實驗測得的相敏整流電路的輸入-輸出特性如下系統(tǒng)的相敏整流傳遞函數(shù) 低通濾波器的作用是減小相敏整流器輸出電壓的脈動成分，消除不必要的高頻成分。低通濾波器的傳遞函數(shù)為 3、 電壓放大環(huán)節(jié)相敏整流輸出電壓經濾波器后的直流信號加到電壓放大器的反向端，電壓放大環(huán)節(jié)的輸出為Usc。電壓放大器的傳遞函數(shù)為4、可控硅放大器可控硅放大器是延遲環(huán)節(jié)，

5、最大延遲時間取決于可控整流相數(shù)和電源頻率m整流相數(shù)f 供電電源頻率可控硅放大器的傳遞函數(shù)為所以，可控硅放大器的傳遞函數(shù)近似為5、直流伺服電動機直流伺服電動機的傳遞函數(shù)為因為所以函數(shù)化簡為 通過實際計算6、 減速器減速器的作用是將直流伺服電動機的角速度按照一定的減速比轉化成低速的轉速。所以，減速器的傳遞函數(shù)為其中， i 為減速比 i=216 未校正系統(tǒng)框圖：即校正后系統(tǒng)框圖應為四、校正裝置的設計及整個裝置性能指標的驗算根據(jù)性能指標的要求對系統(tǒng)進行校正。由性能指標（1）、（2）、（6）可得所以高階系統(tǒng)頻域指標與時域指標的關系諧振峰值超調量調節(jié)時間其中 因為Mp%30%，ts0.7s； 所以， 12

6、.7066rad/s計算未校正系統(tǒng)的性能指標首先寫出未校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 設K= 其中i=216 則K=1.15842 則 G(s)=K*未校正前num1=1;den1=0.00003 0.00683 0.393 1 0;>> mag1,phs1,w=bode(num1,den1)>> margin(mag1,phs1,w)將未校正系統(tǒng)串聯(lián)一個比例環(huán)節(jié)使G(s)=*使用Mutlab軟件求取未校正系統(tǒng)的性能指標。程序num1=50;den1=0.00003 0.00683 0.393 1 0;>> mag1,phs1,w=bode(num1,den1)&g

7、t;> margin(mag1,phs1,w)=11.3330rad/s由階躍響應圖計算得Mp%=97%Ts=27s因此該性能指標不符合要求，我采用兩個串聯(lián)超前環(huán)節(jié)對系統(tǒng)進行校正首先取所以求其性能指標>> num2=8.35 50;>> den2=0.00003 0.00683 0.393 1 0;>> mag2,phase2,w=bode(num2,den2);>> margin(mag2,phase2,w)得 rad/sec由于<不符合要求故添加第二個串聯(lián)超前校正環(huán)節(jié)首先取所以求其性能指標程序 num3=0.3674 10.55

8、50;>> den3=0.000000005 0.000002039 0.00028515 0.017621 0.42 1 0;>> mag3,phase3,w=bode(num3,den3);>> margin(mag3,phase3,w)>> t=0:0.002:5'>> numc1,denc1=cloop(num1,den1);>> y1=step(numc1,denc1,t);>> numc3,denc3=cloop(num3,den3);>> y3=step(numc3,denc3,t);>> plot(t,y1 y3),grid>> t=0:0.002:30'>> numc1,denc1=cloop(num1,den1);>> y1=step(numc1,denc1,t);>> numc3,denc3=cloop(num3,den3);&