小功率直流電機(jī)調(diào)速綜合設(shè)計(jì)

1、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)綜合設(shè)計(jì)(論文)中文題目黑體二號(hào)，居中電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)綜合設(shè)計(jì)(論文)英文題目Arial二號(hào)，大寫，居中小功率直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)DESIGN OF SMALL POWER DC SPEED CONTROL SYSTEM學(xué)生姓名嚴(yán)昊學(xué)生學(xué)號(hào)20120501145學(xué)院名稱信電工程學(xué)院專業(yè)名稱電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師曹言敬、張旭隆2015年12月25日摘要本文對小功率直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。首先對單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)建模與實(shí)驗(yàn)測試，構(gòu)建了調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；然后采用頻率法為系統(tǒng)設(shè)計(jì)超前校正裝置, 并使用Matlab計(jì)算機(jī)仿真軟件對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真；最后對校正裝

2、置進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)與制作，對系統(tǒng)進(jìn)行校正，使系統(tǒng)滿足了性能指標(biāo)要求。其建模、仿真以及校正網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法簡單易行,對研究其他種類的控制系統(tǒng)校正網(wǎng)絡(luò)具有一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞：單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；建模；超前校正；MATLAB仿真小二號(hào)黑體字居中頂格書寫，小四號(hào)宋體，“關(guān)鍵詞”三字加粗，各關(guān)鍵詞之間加分號(hào)；最后一詞之后不加標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。目 錄1 緒論11.1 設(shè)計(jì)背景11.1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)概述11.2 自動(dòng)控制原發(fā)展歷程11.3 自動(dòng)控制校正系統(tǒng)11.3.1 校正的概念11.3.2 校正的方式22 設(shè)計(jì)任務(wù)32.1 設(shè)計(jì)的詳細(xì)任務(wù)32.2 設(shè)計(jì)要求33 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理43.1.1

3、調(diào)速系統(tǒng)原理43.1.2 控制結(jié)構(gòu)圖43.2 各部件相關(guān)參數(shù)選擇43.2.1 V-M系統(tǒng)介紹43.2.2 比例放大器53.2.3 整流電路：采用三相橋式全控整流64 調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速指標(biāo)74.1 參數(shù)計(jì)算74.1.1 轉(zhuǎn)速控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速指標(biāo)74.1.2 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性84.2比例放大器84.3 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)94.4 誤差分析105系統(tǒng)部件特性測試135.1主要設(shè)備儀器135.2功率放大器特性測定135.3電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)135.4 電動(dòng)機(jī)死區(qū)電壓Ui測定145.5 電動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)Tm測定145.6 電動(dòng)機(jī)傳遞系數(shù)Km測定146 matlab軟件仿真156.1原系統(tǒng)的閉環(huán)

4、階躍響應(yīng)156.2 系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)156.3 校正后的系統(tǒng)框圖16結(jié)論18致謝19參考文獻(xiàn)20I大綱級(jí)別4級(jí)，小四號(hào)黑體，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行大綱級(jí)別1級(jí)，小二號(hào)黑體，居中，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行大綱級(jí)別2級(jí)，小三號(hào)黑體，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行1 緒論大綱級(jí)別3級(jí)，四號(hào)黑體，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行1.1 設(shè)計(jì)背景1.1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)概述從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)等多種類型，而各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的拖動(dòng)控制系統(tǒng)。相比于交流調(diào)速系統(tǒng)，直流

5、調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟。直流調(diào)速是現(xiàn)代電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的技術(shù)。在20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的電力電子技術(shù)，使電能可以變換和控制，產(chǎn)生了現(xiàn)代各種高效、節(jié)能的新型電源和交直流調(diào)速裝置，為工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、樓宇、辦公、家庭自動(dòng)化提供了現(xiàn)代化的高新技術(shù)，提高了生產(chǎn)效率和人們的生活質(zhì)量，使人類社會(huì)生產(chǎn)、生活發(fā)生了巨大的變化。隨著新型電力電子器件的研究和開發(fā)以及先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展，電力電子和電力拖動(dòng)控制裝置的性能也不斷優(yōu)化和提高，這種變化的影響將越來越大。1.2 自動(dòng)控制原發(fā)展歷程隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)控制已廣泛地用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、軍事等各領(lǐng)域，成為現(xiàn)代技術(shù)的重要組成

6、部分。自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。它的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制。二戰(zhàn)期間為了設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用自動(dòng)駕駛儀、火炮定位系統(tǒng)、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)以及其他基于反饋原理的軍用設(shè)備，進(jìn)一步促進(jìn)并完善了自動(dòng)控制理論的發(fā)展。到戰(zhàn)后，已形成完整的自動(dòng)控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入單輸出的線形定常數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。20世紀(jì)60年代初期，隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的推出和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，為適應(yīng)宇航技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制理論跨入了一個(gè)新的階段現(xiàn)代控制理論。它主要研究具有高性能、高精度的多變量變參數(shù)的最優(yōu)控制問題，主要采用的方法是

7、以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間法。目前，自動(dòng)控制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正向以控制論、信息論、仿生學(xué)為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。1.3 自動(dòng)控制校正系統(tǒng)1.3.1 校正的概念 當(dāng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、靜態(tài)性能不能滿足實(shí)際工程中所要求的性能指標(biāo)時(shí)，首先可以考慮調(diào)整系統(tǒng)中可以調(diào)整的參數(shù)；若通過調(diào)整參數(shù)仍無法滿足要求時(shí)，則可以在原有系統(tǒng)中增添一些裝置和元件，人為改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，使之滿足要求的性能指標(biāo)，我們把這種方法稱為校正。增添的裝置和元件稱為校正裝置和校正元件。系統(tǒng)中除校正裝置以外的部分，組成了系統(tǒng)的不可變部分，我們稱為固有部分。1.3.2 校正的方式根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中的不同位置，一般可分為串聯(lián)校正、反饋校正和

8、順饋補(bǔ)償校正。1.串聯(lián)校正校正裝置串聯(lián)在系統(tǒng)固有部分的前向通路中，稱為串聯(lián)校正，如圖1-1所示。為減小校正裝置的功率等級(jí)，降低校正裝置的復(fù)雜程度，串聯(lián)校正裝置通常安排在前向通道中功率等級(jí)最低的點(diǎn)上。圖1-1串聯(lián)校正2.反饋校正校正裝置與系統(tǒng)固有部分按反饋聯(lián)接，形成局部反饋回路，稱為反饋校正，如圖1-2所示。圖1-2反饋校正3.順饋補(bǔ)償校正順饋補(bǔ)償校正是在反饋控制的基礎(chǔ)上，引入輸入補(bǔ)償構(gòu)成的校正方式，可以分為以下兩種：一種是引入給定輸入信號(hào)補(bǔ)償，另一種是引入擾動(dòng)輸入信號(hào)補(bǔ)償。校正裝置將直接或間接測出給定輸入信號(hào)R(s)和擾動(dòng)輸入信號(hào)D(s)，經(jīng)過適當(dāng)變換以后，作為附加校正信號(hào)輸入系統(tǒng)，使可測擾動(dòng)

9、對系統(tǒng)的影響得到補(bǔ)償。從而控制和抵消擾動(dòng)對輸出的影響，提高系統(tǒng)的控制精度。為滿足控制系統(tǒng)的靜態(tài)性能要求，最直接的方法是增大控制系統(tǒng)的開環(huán)增益，但當(dāng)增益增大到一定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)有可能變?yōu)椴环€(wěn)定，或即使能穩(wěn)定，其動(dòng)態(tài)性能一般也不會(huì)理想。為此，需在系統(tǒng)的前向通道中加一超前串聯(lián)校正裝置，以實(shí)現(xiàn)在開環(huán)增益不變的前提下，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能亦能滿足設(shè)計(jì)的要求。 循環(huán)礦漿壓力與柱體背壓的關(guān)系2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)的詳細(xì)任務(wù)建立小功率直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確立自動(dòng)控制元部件參數(shù)的測試方法，記錄未校正控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，確定原系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)；用自動(dòng)控制原理設(shè)計(jì)系統(tǒng)校正網(wǎng)絡(luò)并自動(dòng)控制系統(tǒng)校正裝置參數(shù)的調(diào)整方法

10、。2.2 設(shè)計(jì)要求（1）控制性能：控制范圍0最大轉(zhuǎn)速、Ts在開環(huán)的基礎(chǔ)上減少70%、1?？梢圆捎妙l率法求解傳遞函數(shù)：對于原系統(tǒng)有:得出w0=28 rad/sr0=180-90-arctan(0.04w0)= 42系統(tǒng)的最大超前角:=r-r0+15=60所以又L(wc)=0 得:Wc=54 rad/sWm=Wc=54 rad/s所以得出校正器的傳遞函數(shù)為: 6.3 校正后的系統(tǒng)框圖1.校正后的系統(tǒng)框圖如圖6-3。圖6-3校正后的系統(tǒng)框圖2.通過運(yùn)行系統(tǒng)可得到它的階躍響應(yīng)如圖6-4。由圖可以看出Ts=50ms,(350-50)/350*100%=85%70%,滿足要求；%=(5.2-5)/5*10

11、0%=4%5%，滿足要求。所以此系統(tǒng)符合系統(tǒng)指標(biāo)要求。如圖6-5為校正器原理圖，圖中Kp=(Rf+Ri)/Ri=1.2，aT=(Rf/R1+R2)*c=0.04，T=R2*c=0.003。求得:Ri=43k，Rf=10k，R1=6k R2=300ohm，C=10uf。運(yùn)行后的階躍響應(yīng)圖如圖6-4。圖6-4校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)3.用protel畫的校正器原理圖如下圖6-5。圖8-3校正器原理圖標(biāo)題黑體小二，居中，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行；內(nèi)容宋體小四，行距固定值20磅。結(jié)論在實(shí)驗(yàn)過程中不免遇到各種問題，需要認(rèn)真觀察與分析，排除各種問題。在實(shí)驗(yàn)過程中，首先要檢查線路是否短路斷路，電源是

12、否正常，各個(gè)芯片是否正常工作。然后再一個(gè)一個(gè)模塊測試，查看各模塊是否正常工作和出現(xiàn)的各種誤差。最后再組成系統(tǒng)，進(jìn)行調(diào)試，測量系統(tǒng)的性能指標(biāo)。在接成閉環(huán)反饋系統(tǒng)之前，一定要判斷好反饋的極性，當(dāng)極性為負(fù)時(shí)才能接成閉環(huán)反饋系統(tǒng)。如果出現(xiàn)電機(jī)在調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)該查看線路是否正常，電機(jī)是否接反。理論設(shè)計(jì)好的電路參數(shù)，接到實(shí)際系統(tǒng)中還需要慢慢調(diào)試，更改參數(shù)以達(dá)到性能指標(biāo)要求。如果電路出現(xiàn)振蕩，應(yīng)該減小比例增益，或者增大微分系數(shù)。調(diào)節(jié)時(shí)間過大，可以增大比例系數(shù)，加快反應(yīng)速度。超調(diào)過大，可以增大微分系數(shù)，減少超調(diào)量。致謝標(biāo)題黑體小二，居中，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行；內(nèi)容宋體小四，行距固定值20磅。經(jīng)過

13、一周的課程設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏和實(shí)驗(yàn)設(shè)施的限制，我們?nèi)杂性S多考慮不周全，思路不明確的問題。 在這里首先要感謝指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)。在課程設(shè)計(jì)中，通過請教并獲得相關(guān)解答，才得以將此設(shè)計(jì)順利完成。其次，感謝我們組及另一組和我們做同一課題的同學(xué)。在設(shè)計(jì)中，無論我問什么問題，他們都很耐心的給我講解，給我提供了很大的幫助和支持，并且通過小組討論，使我的學(xué)習(xí)生活充滿了樂趣。 最后， 在此再次感謝所有關(guān)心、 支持和幫助我的老師、 親人和朋友們，謝謝！參考文獻(xiàn)1 胡壽松.自動(dòng)控制原理.北京:科學(xué)出版社2 華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社3 黃忠霖.控制系統(tǒng)MATLAB設(shè)計(jì)與仿真.北京:國防工業(yè)出版社8 王兆安,黃俊.電力電子技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,200410 李