酒精濃度自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、.虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)名稱：酒精濃度自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名：學(xué) 號：專業(yè)班級： 自動化14-01指導(dǎo)教師：系 院：信息工程學(xué)院設(shè)計(jì)時(shí)間：2021.05.082021.05.19課程設(shè)計(jì)成績評定表在相應(yīng)欄目打評 價(jià) 項(xiàng) 目評 價(jià) 質(zhì) 量優(yōu)秀良好一般及格不及格工作量和態(tài)度實(shí)驗(yàn)、計(jì)算可靠性文字和圖表質(zhì)量總體評價(jià). v.目 錄1 緒論1.1緒論.31.2 技術(shù)數(shù)據(jù). 41.3 設(shè)計(jì)任務(wù). 42 帶電流截止負(fù)反應(yīng)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理.52.1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理.52.2單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析.52.3單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流截止的分析62.4單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖73參數(shù)設(shè)計(jì). .9

2、3.1 整體分析. 93.2 穩(wěn)定性參數(shù)計(jì)算和判斷.93.3 調(diào)節(jié)器的選擇和構(gòu)造. 104MATLAB仿真.115 電氣總圖. 126設(shè)計(jì)心得體會15參考文獻(xiàn). 161緒論1.1 系統(tǒng)概述為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)性能，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)主要包括單閉環(huán)、雙閉環(huán)。而在對調(diào)速指標(biāo)要求不高的場合，采用單閉環(huán)即可。閉環(huán)系統(tǒng)較之開環(huán)系統(tǒng)能自動偵測把輸出信號的一局部拉回到輸入端，與輸入信號相比擬，其差值作為實(shí)際的輸入信號；能自動調(diào)節(jié)輸入量，能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。在對調(diào)速系統(tǒng)性能有較高要求的領(lǐng)域常利用直流電動機(jī)，但直流電動機(jī)開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性不能夠滿足要求，可利用轉(zhuǎn)速單閉環(huán)提高穩(wěn)態(tài)精度，而采用比例調(diào)節(jié)器的負(fù)

3、反應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)仍是有靜差的，為了消除系統(tǒng)靜差，可采用積分調(diào)節(jié)器代替比例調(diào)節(jié)器。1.2技術(shù)數(shù)據(jù)電樞額定電壓 220V電樞額定電流 136A 額定勵磁電流 If=1.5A額定勵磁電壓Uf=220V 功率因 0.85 整流器內(nèi)阻 Rrec=1.3 電樞電阻 0.21 平波電抗器電感 lOOmH 電樞允許過載系數(shù) 1.5 額定轉(zhuǎn)速 l460r/min(1)該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)展平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬的調(diào)速X圍(D>10)，系統(tǒng)在工作X圍內(nèi)能穩(wěn)定工作(2)根據(jù)指標(biāo)要求進(jìn)展動態(tài)校正，選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，并確定電流截止負(fù)反應(yīng)環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)(3)系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行X圍內(nèi)電流連續(xù)1.

4、3設(shè)計(jì)任務(wù)(1)根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的構(gòu)造型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖(2)根據(jù)帶電流截止負(fù)反應(yīng)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，分析轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流截止負(fù)反應(yīng)的作用(3)通過對調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)，利用MATLAB仿真得到轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形2 帶電流截止負(fù)反應(yīng)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理2.1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理將開環(huán)系統(tǒng)改為單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)，并采用PI調(diào)節(jié)器，就既保證動態(tài)性能，又能做到轉(zhuǎn)速的無靜差，較好的解決開環(huán)系統(tǒng)的缺乏，此閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理是：將直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化信號反應(yīng)到觸發(fā)環(huán)節(jié)，來自動增大或減小觸發(fā)角a來自動調(diào)節(jié)整流輸出電壓Uds，即可到

5、達(dá)穩(wěn)定，其系統(tǒng)構(gòu)造框圖與系統(tǒng)原理圖如下列圖所示轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實(shí)驗(yàn)是將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號作為反應(yīng)信號，經(jīng)速度變換后接到速度調(diào)節(jié)器的輸入端，與給定的電壓相比擬經(jīng)放大后，得到移相控制電壓UCL,用作控制整流橋的觸發(fā)電路，觸發(fā)脈沖經(jīng)功放后加到晶閘管的門極和陰極之間，以改變?nèi)嗳卣鞯妮敵鲭妷?，這就構(gòu)成了速度負(fù)反應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨給定電壓變化，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要想消除上述誤差，那么需將調(diào)節(jié)器換成PI比例積分調(diào)節(jié)。這時(shí)當(dāng)給定恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的X圍內(nèi)變化。

6、2.2單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析系統(tǒng)兩段靜特性方程式：(1) 當(dāng)IdIdcr時(shí)，電流負(fù)反應(yīng)被截止，靜特性與轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)一樣(2) 當(dāng)IdIdcr時(shí)引入電流負(fù)反應(yīng)靜特性變?yōu)殪o特性的幾個特點(diǎn)：（1） 電流負(fù)反應(yīng)的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個大電阻KpKsPs，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，使特性急劇下垂。（2） 比擬電壓U與給定電壓Un*的作用一致。（3） 兩段靜特性常被稱作下垂特性。（4） 最大截止電流應(yīng)小于電機(jī)允許的最大電流。2.3單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流截止的分析1.電流截止負(fù)反應(yīng)的提出（1） 起動的沖擊電流,直流電動機(jī)全電壓起動時(shí)，如果沒有限流措施，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電機(jī)換向不利，對過載能力低的

7、電子器件來說，更是不能允許的。（2） 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動的沖擊電流一采用轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時(shí)，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，反應(yīng)電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的1+K倍。這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就到達(dá)它的最高值，對電動機(jī)來說，相當(dāng)于全壓起動，當(dāng)然是不允許的。（3） 堵轉(zhuǎn)電流 有些生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)可能會遇到堵轉(zhuǎn)的情況。例如：由于故障，機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，假設(shè)無限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過載就跳閘，也會給正常工作帶來

8、不便。為了解決反應(yīng)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反應(yīng)控制原理，要維持哪一個物理量根本不變，就應(yīng)該引入那個物理量的負(fù)反應(yīng)。那么引入電流負(fù)反應(yīng)，應(yīng)該能夠保持電流根本不變，使它不超過允許值。2.電流截止負(fù)反應(yīng)的建立通過對電流負(fù)反應(yīng)和轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)的分析?？紤]到，限流作用只需在起動和堵轉(zhuǎn)時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)讓電流自由地隨著負(fù)載增減，采用電流截止負(fù)反應(yīng)的方法，那么當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反應(yīng)以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)起作用控制轉(zhuǎn)速。用獨(dú)立的直流電源作為比擬電壓，其大小可用電位器調(diào)節(jié)，相當(dāng)于調(diào)節(jié)截止電流用穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓Ubr作比擬

9、電壓，線路要簡單的多但是不能平滑的調(diào)節(jié)截止電流。下列圖是反應(yīng)環(huán)節(jié)的連接電路和I/O特性2.4單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖帶電流截止負(fù)反應(yīng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路圖圖中的電動機(jī)的電樞回路由晶閘管組成的三相橋式整流電路供電，通過與電動機(jī)同軸剛性連接的測速發(fā)電機(jī)TG檢測電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，并經(jīng)轉(zhuǎn)速反應(yīng)環(huán)節(jié)分壓后取出適宜的轉(zhuǎn)速反應(yīng)信號Un，此電壓與轉(zhuǎn)速給定信號Un*經(jīng)速度調(diào)節(jié)器ASR綜合調(diào)節(jié)，ASR的輸出作為移相觸發(fā)器的控制電壓Uc，由此組成轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。改變Un*即可調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在本系統(tǒng)中ASR采用比例積分調(diào)節(jié)器，屬于無靜差調(diào)速系統(tǒng)。為了防止在起動和運(yùn)行過程中出現(xiàn)過大的電流沖擊，系統(tǒng)

10、引入了電流截止負(fù)反應(yīng)以限止電流超過其允許的最大值。3參數(shù)設(shè)計(jì)3.1 整體分析此題目要求設(shè)計(jì)帶電流截止負(fù)反應(yīng)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，為滿足以上技術(shù)要求和性能指標(biāo)的要求，選擇以下方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)1. 系統(tǒng)要求平滑調(diào)速，可采用調(diào)壓調(diào)速方式。因?yàn)檎{(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)是在保持他勵直流電動機(jī)的磁通為額定值的情況下，將電樞兩端的電壓電源電壓降低為不同的值時(shí)，可以獲得與電動機(jī)固有機(jī)械特性相互平行的人為機(jī)械特性，調(diào)速方向是基速以下，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速，調(diào)速X圍可以到達(dá)很寬。2. 系統(tǒng)靜特性良好，無靜差。在參數(shù)設(shè)置合理的情況下，帶電流截止負(fù)反應(yīng)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)本身可

11、以做到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。3. 本設(shè)計(jì)中的電力電子變換裝置采用三相橋式控制的晶閘管整流裝置，應(yīng)用題目要求中給定的參數(shù)進(jìn)展設(shè)計(jì)，其Rrec=1.3。4. 在帶電流截止負(fù)反應(yīng)環(huán)中，截止電流的上限選擇需要根據(jù)電機(jī)的品牌和參數(shù)論證，以保證電機(jī)不至于因電流過大而燒毀。3.2 穩(wěn)定性參數(shù)計(jì)算和判斷根據(jù)教師提供的技術(shù)參數(shù)，根本數(shù)據(jù)如下：電樞額定電壓 220V 電樞額定電流 136A 額定勵磁電流 If=1.5A 額定勵磁電壓Uf=220V 功率因 0.85 整流器內(nèi)阻 Rrec=1.3 電樞電阻 0.21 平波電抗器電感 lOOmH 電樞允許過載系數(shù) 1.5 額定轉(zhuǎn)速 l460 r/min 總飛輪慣量=22.5

12、n*m23.3 調(diào)節(jié)器的選擇和構(gòu)造動態(tài)校正的方法很多，而且對于一個系統(tǒng)來說，能夠符合要求的校正方案也不是唯一的。在控制系統(tǒng)中，最常用的是串聯(lián)校正和反應(yīng)校正。串聯(lián)校正比擬簡單，也容易實(shí)現(xiàn)。對于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于其傳遞函數(shù)的階次較低，一般采用PID調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校正方案就能完成動態(tài)校正的任務(wù)。其構(gòu)造圖如下PID調(diào)節(jié)器中有PD、PI和PID三種類型。由于PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)定精度可能受到影響；由Pl調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)定精度，卻是以對快速性的限制來換取系統(tǒng)穩(wěn)定的。一般調(diào)速系統(tǒng)的要求以動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，對快速性

13、要求差一些，所以采用PI調(diào)節(jié)器?，F(xiàn)在我們采用PI調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)，其傳遞函數(shù)如下：4 MATLAB仿真MATLAB仿真的原理框圖其仿真結(jié)果如下列圖所示：5 電氣總圖電氣總圖三相橋式全控整流電路集成觸發(fā)控制電路V-M系統(tǒng)三相全控整流電路6 設(shè)計(jì)心得體會通過本次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西。我穩(wěn)固了軟件MATLAB的運(yùn)用，對一些理論知識的實(shí)際運(yùn)用有了更深的理解，特別是晶閘管、變壓器等元件的綜合運(yùn)用。我鍛煉了自己獨(dú)立思考的能力，對自動化的根底知識和綜合運(yùn)用有了深層的理解，尤其是對帶電流截止負(fù)反應(yīng)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。思路即出路，課程設(shè)計(jì)發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，于是重拾教材與實(shí)騎手冊，對知識系統(tǒng)而全面進(jìn)展了梳理，遇到難處先是苦思更想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了根本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時(shí)學(xué)習(xí)難以理解的但是卻相當(dāng)有實(shí)際作用的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計(jì)靈感?？傊恳淮蔚膶?shí)踐課實(shí)習(xí)都是在給我們將來積累經(jīng)歷，鍛煉自主學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考，綜合運(yùn)