運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)侯陽

學(xué)校：重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化Nn=1000r/min,電阻R=1.0歐，開環(huán)轉(zhuǎn)速降落為275r/min,規(guī)定調(diào)速電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.075s。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a=0.01v1)根據(jù)題目的技術(shù)規(guī)定，計(jì)算出系統(tǒng)參數(shù)Kp的取值范圍，自取2)分析論證并確定主電路的構(gòu)造形式和構(gòu)成，畫出系統(tǒng)構(gòu)成的3)調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件確實(shí)定及其參數(shù)計(jì)算；4)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)規(guī)定，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定5)用MATLAB建模并進(jìn)行仿真(參照書P51-56頁)E、匯報(bào)使用A4紙打印，附加統(tǒng)一封面，全文不少于2023字。參照目錄 二、系統(tǒng)參數(shù)(Kp等)估算 7 四、結(jié)論 一、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的綜述圖2-1為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。圖中兩個(gè)調(diào)整器ASR和ACR的給定電壓最大值Um,對(duì)就電機(jī)的最大電流；電流調(diào)整器ACR輸出限幅電壓U圖2-1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖信號(hào)中的交流分量，但同步也給反饋信號(hào)帶來了延滯。為了平衡這一延滯作用，在給定信號(hào)通道中加入一種相似時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其作用是：讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)通過同樣的延滯，使兩者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶來設(shè)計(jì)上的以便。由測速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓具有電機(jī)的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時(shí)間常數(shù)用T表達(dá)。根據(jù)和電流環(huán)同樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道中也配上時(shí)間常數(shù)為T的給定濾波環(huán)節(jié)。UisUisASR電流環(huán)aC.R1Toi—電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Ton一轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)圖2-2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖展。在這里是：先從電流環(huán)入手，首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)整器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)整系統(tǒng)中的一種環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)整器。a.確定期間常數(shù)整流濾波時(shí)間常數(shù)T,,三相橋式電路滯后時(shí)間常數(shù)T=0.0017s;電流濾波時(shí)間常數(shù)To,給定為Ti=0.002s;電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)Tzi,按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取T?;=T,+T?=0.0037s。b.選擇電流調(diào)整器構(gòu)造由設(shè)計(jì)規(guī)定：0%≤5%,并保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電流無誤差，因此可按經(jīng)典I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電流調(diào)整器選用PI型，其傳遞函數(shù)為：檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：c.計(jì)算電流調(diào)整器參數(shù)電流環(huán)開環(huán)增益：規(guī)定σi%≤5%時(shí)，應(yīng)取KTzi=0.5,因此：d.校驗(yàn)近似條件,滿足近似條件；忽視反電動(dòng)勢對(duì)電流環(huán)影響的條件為：,滿足近似條件；小時(shí)間常數(shù)近似條件處理?xiàng)l件為：e.計(jì)算調(diào)整器電阻和電容電流調(diào)整器原理如圖3-1所示，所用運(yùn)算放大器給定R?=40kQ,各電阻和R,=K,R=0.4245×40=16.98kQ,取17kQ。,取0.2μF。圖3-1含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以到達(dá)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：σ;%=4.3%<5%,滿足設(shè)計(jì)4)按工程設(shè)計(jì)措施設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的ASR:a.確定期間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為2Tzi=0.0074s;轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton,給定為Ton=0.01s;b.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)整器構(gòu)造由于設(shè)計(jì)規(guī)定無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)整器必須具有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)定，應(yīng)按經(jīng)典Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)速度環(huán)，故ASR選用PI調(diào)整器，其傳遞函數(shù)為：c.計(jì)算速度調(diào)整器參數(shù)按跟隨和抗干擾性能很好的原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：d.校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率：電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似條件為：滿足近似條件。e.計(jì)算調(diào)整器電阻和電容轉(zhuǎn)速調(diào)整原理圖如圖3-2所示，給定Ro=40kΩ,則,取0.16μF。圖3-2含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)整器f.校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量查表不符合規(guī)定，按ASR退飽和重新計(jì)算超調(diào)量%,能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。5)內(nèi)、外開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的比較圖4-1把電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性畫在一張圖上，其中各轉(zhuǎn)折頻率和截止頻率依次為：以上頻率一種比一種小，從計(jì)算過程可以看出，這是必然的規(guī)律。因此，這樣設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)系統(tǒng)，外環(huán)一定比內(nèi)環(huán)慢。一般來說，wa=100~150s1,Wa=20～50s1。從外環(huán)的響應(yīng)速度受到限制，這是按上述措施設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)的缺陷。然而，這樣一來，每個(gè)環(huán)自身都是穩(wěn)定的，對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成和調(diào)試工作非常有利?？傊喹h(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是：以穩(wěn)為主，穩(wěn)中求快。a.電流閉環(huán)的仿真校正后電流環(huán)的動(dòng)態(tài)構(gòu)造框圖成了如下的經(jīng)典形式：其中。在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖：為了研究系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響，分別取K;=0.39、0.50、0.69、1.00,此時(shí)K的值也會(huì)隨之變化，運(yùn)行仿真，即可得不一樣K值的階躍響應(yīng)圖6-1KT=0.39的階躍響應(yīng)曲線圖6-2KT=0.50的階躍響應(yīng)曲線0圖6-3KT=0.69的階躍響應(yīng)曲線圖6-4KT=1.00的階躍響應(yīng)曲線由曲線可以看出假如規(guī)定動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可取KT=0.69-1.0;假如規(guī)定系統(tǒng)超調(diào)小，則應(yīng)把KT的值取小些，可取KT<0.39;無特殊規(guī)定，取折中值KT=0.5,,稱為最佳二階系統(tǒng)。圖6-1~圖6-4反應(yīng)了PI調(diào)整器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)品質(zhì)的影響趨勢，在工程設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)工藝的規(guī)定，直接修改PI調(diào)整器的參數(shù)，找到一種在超調(diào)量和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快慢上都較滿意的電流環(huán)調(diào)整器。b.轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計(jì)在增長轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)整后，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)如下：校正后的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)造框圖如下所示：其中0在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖：+轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計(jì)為滿足系統(tǒng)在不一樣需求下的跟隨性與抗擾行能規(guī)定，取h的之分別為：3、5、7、9.圖7-1h=3時(shí)的階躍響應(yīng)曲線圖7-2h=5時(shí)的階躍響應(yīng)曲線圖7-3h=7時(shí)的階躍響應(yīng)曲線圖7-4h=9時(shí)的階躍響應(yīng)曲線由圖可以看出：h值越小，動(dòng)態(tài)降落也越小，恢復(fù)時(shí)間、調(diào)整時(shí)間也短，抗擾性能也越好，不過，從h<5后來，由于震蕩劇烈h越小，恢復(fù)時(shí)間反而延長，綜合對(duì)電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)都是根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整參數(shù)的，對(duì)比I型、Ⅱ型系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)：I型系統(tǒng)可以在跟隨性上做到超調(diào)小，但抗擾性能差；而Ⅱ型系統(tǒng)