《自动控制原理课程设计直流电机转速控制系统的动态校正》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制原理课程设计直流电机转速控制系统的动态校正（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、自动控制原理课程设计自动控制原理课程设计题目：直流电机转速控制系统的动态校正题目：直流电机转速控制系统的动态校正学 院： 电子信息工程学院 专 业： 10 自动化（1）班 姓 名： 学 号： 序 号： 指导老师： 彭康拥 完成时间： 2013 年 01 月 5 号华南理工大学广州学院电信工程学院自动化专业一：自动控制原理课程设计任务书1. 课程设计题目:直流电机转速控制系统的动态校正 2. 应完成的项目: 未校正系统参数的测定未校正系统参数的测定： 了解 ACCC-型实验平台提供力矩电机转速控制模型的工作原理; 通过实验测定力矩电机转速控制模型的传递系数、电磁时间常K数、机电时间常数；aTmT
2、 建立未校正直流电机转速控制系统的数学模型。 系统设计系统设计：由建立未校正直流电机转速控制系统的数学模型，对该系统 进行动态校正装置设计。 设计指标设计指标：静态指标静态指标：转速实现无静差调节；静差速度误差系数 35 1/s vK。动态指标动态指标：频域指标频域指标：相角裕度45 ，幅值裕度 6 dB； gL系统开环频率特性的截止频率：相角超前校正方案时10 rad/s；相 c角滞后校正方案时1 rad/s；时域指标时域指标：系统单位阶跃响应最大超 c调量 30 %；过渡过程时间： 1.5 秒 。%st 理论设计理论设计： 根据设计指标，用频率法进行相角超前校正和相角滞后校正两种 设计，并
3、进行 MATLAB 的 SIMULINK 结构图仿真，验证两种设计方案。 实验系统设计线路实现：根据理论设计的相角超前校正网络和相角滞后校正网络参数，由提 供的 ACCC-型自动控制理论及计算机控制技术实验平台图纸选择 RC 元件和运算放大器，构造实现两种校正网络，并画出整个系统联结线 路。 每组带实验参数整理计算结果、两种设计方案、接线图按规定时间：设计完成后应缴交设计说明书一份，包括上述设计基本内容、计算过程、 实验数据、实验曲线及分析、未校正系统的数学模型、频率法相角超前 校正设计和相角滞后校正网络设计两种设计方案及两种设计方案的 SIMULINK 结构图仿真曲线、结论及心得体会。设计完
4、成期限：本设计任务书于 2012 年 12 月 14 日发出，2013 年 1 月 7 日上交设计说明书。设计者： 教研组主任：彭康拥 批准； 指导教师：彭康拥、陈雪娇 签发二：直流电动机调速系统原理图二：直流电动机调速系统原理图给定 Ug 由 ACCT-IV 自动控制理论及计算机控制技术的实验面板上的电源 单元 U1 提供，电压变化范围为 1.3V15V。经 PID 运算后的控制量作为驱 动单元输入信号，经过功率放大后驱动电机运转，转速测量电路单元将转速 转换成电压信号，作为反馈信号，构成闭环系统。转速测量单元：它由转盘、 光电转换和频率/电压（F/V）转换电路组成。由于转速测量的转盘为 6
5、0 齿， 电机旋转一周，光电变换后输出 60 个脉冲信号，对于转速为 n 的电机来说， 输出的脉冲频率为 f=60n/min，我们用这个信号接入以秒作为计数单位的频 率计时，频率计的读数即为电机的转速;即 n=f，即： 1 1/ /1 15 50 0/ /f fU U/ /n nU U0 00 0三：未校正前系统参数测定三：未校正前系统参数测定系统接线图如下：给定输出接调节器的输入，调节器输出给电机驱动电路提供输入信号， 即将调节器输出接到直流电动机调速功率转换电路的正极输入端（IN） ， 负极端（IN）接地；功率转换的输出接到直流电机的电枢两端，给定输出 接调节器的输入，调节器输出给电机驱动
6、电路提供输入信号，即将调节器输 出接到直流电动机调速功率转换电路的正极输入端（IN） ，负极端 （IN）接地；功率转换的输出接到直流电机电枢两端。 由于转速测量输 出的电压为正值，转速测量的输出接到 20V 电压表头的输入端的同时,还须 通过反馈回路反馈系数=Rf/Ri=1 的反相器才接到电压反馈输入端 Uf,以保证 负反馈。 1.1.测量力矩电机转速控制模型机电时间常数、传递系数测量力矩电机转速控制模型机电时间常数、传递系数步骤如下：步骤如下： 1. 先将 ACCT-II 自动控制理论及计算机控制技术（二）和 ACCT-II 自动控制原理论及计算机近期制技术面板上电源形式开关均放 在“OFF
7、”状态。 2. 利用 ACCT-II 实验上的单元电路 U9、U15 和 U11。设计连接图如 1.2 所示的闭环系统。需要注意的是，运放的锁零信号 G 接到时 -15V。 1) 将 ACCT-II 面板上 u1 单元的可调电压接到 Ug; 2) 给定输出接 PID 调器的输入，这时参考电路中 Kd=0,R4 的 作用是提高 PI 调节器的动态特性。 3) 经 PID 运算后给电机驱动电路提供输入信号，即将调节器 电路单元的输出接到 ACCT-III 面板上的低压直流电动机 调速中的功率转换电路的正极输入端（IN+），负极端 （IN-）接地； 4) 功率转换的输出接到直流电机的电枢两端。 3.
8、 在闭环系统稳定的情况下，外加干扰信号系统达到时无静差。 如达不到，则根据 PID 参数对系统性能的影响重新调节 PID 参 数。 4. 改变给定信号，观察系统动态特性。当 R=1 时：当 R=10 时：由上图可以得出，经过计算,此时的参数：Ur=5V;Uo=3.8V;Kn=114;Ta=0.0024;Ta =0.0092;Ta=0.0022;Tm=0.22建立未校正直流电机转速控制系统的数学模型：建立未校正直流电机转速控制系统的数学模型：未校正前系统的未校正前系统的 bode 图如下所示：图如下所示：将未校正系统进行将未校正系统进行 MATLABMATLAB 的的 SIMULINKSIMUL
9、INK 结构图仿真：结构图仿真：如下图：如下图：如上图可以看出，未校正前系统存在较大的偏差，因此将系统进行两种方案的 校正：四：频率法相角超前校正设计四：频率法相角超前校正设计设计指标：静态指标：转速实现无静差调节；静差速度误差系数 35 1/s vK。动态指标：频域指标：相角裕度45 ，幅值裕度 6 dB；系统开环频率 gL特性的截止频率：相角超前校正方案时10 rad/s；相角滞后校正方案时 c1 rad/s； c把校正后的截至频率定在 24 rad/s 处，L(wc)=-11.4dB。 根据公式：11.4dB=10lg1/a; T=1/19/sqrt(a)。 得到：T=0.1548，a=
10、0.0724,aT=0.03 得到系统的校正后传递函数为：将相角超前校正后系统进行将相角超前校正后系统进行 MATLABMATLAB 的的 SIMULINKSIMULINK 结构图仿真：结构图仿真：可以看到，校正后： 6 67 7. .8 87 79 99 9 s3 . 0s st tsrad /24c c2 26 6% % % dbLg6超前校正后的超前校正后的 Bode 图如下：图如下：根据理论设计的相角超前校正网络参数，在 ACCC-型自动控制理论及计 算机控制技术实验平台上选择 RC 元件和运算放大器，构造实现校正网络，使 校正后直流电机转速控制系统投入运行，通过实验验证系统的性能。经
11、过计 算得到：R4=10，C=0.00112u R1=2k R2=2K R3=90k C2=12U五：相角滞后校正方案五：相角滞后校正方案设计指标：静态指标：转速实现无静差调节；静差速度误差系数 35 1/s vK。动态指标：频域指标：相角裕度45 ，幅值裕度 6 dB； gL系统开环频率特性的截止频率：1 rad/s； c时域指标：系统单位阶跃响应最大超调量 30 %；过渡过程时间： 1.5 %st秒建立滞后校正的系统传递函数：建立滞后校正的系统传递函数：将相角滞后校正后系统进行将相角滞后校正后系统进行 MATLABMATLAB 的的 SIMULINKSIMULINK 结构图仿真：结构图仿真
12、：由上图可以得出，滞后校正后的系统指标为： 5 52 2 s2s st tsrad /3c c % %2 2% %1滞后校正后的滞后校正后的 BodeBode 图如下：图如下：根据理论设计的相角超前校正网络参数，在 ACCC-型自动控制理论及计 算机控制技术实验平台上选择 RC 元件和运算放大器，构造实现校正网络，使 校正后直流电机转速控制系统投入运行，通过实验验证系统的性能。经过计 算得到：R2=1k，C2=3.3u R1=2k R2=20K C1=12U六：心得体会：六：心得体会：通过对本次的自动控制原理的课程设计，我感觉我学到许多东西，让我有不少的长进。 最明显的是让我更加熟悉了 mat
13、lab 的操作，更加明确自动控制原理这门课程的重要性和作 用之大。其次它让我们懂得团体合作的重要性。在做这个次的课程设计过程中，我们分工 合作，在课本上找资料，然后整理资料，对校正方案共同讨论的可行性和不足的地方，再 对它进行改进，和仿真，在这过程中我们体会到在学习或在工作中合作是很重要的。 在平时的学习中，我们所学到的理论知识在这次的课程设计中得到了验证，事实证明我 们一定程度的还是存在各种各样的问题，在做实验的时候也遇到了不少问题，由于实验室 机器的故障，有时候我们不能直接测量是要转换成另外一种方式测量的，在这个过程中我 发现我们的动手能力还有待提高，因为在实验过程中我们遇到问题不能自己直接解决，需 要请求老师的帮助，才能解决。这无疑就是我们的能力的缺乏，所以在以后的学生中，我 更加应该注意自己的动手能力。 在这次的课程设计中，少不了老师的殷切的指导，在此真诚的感谢老师的无私付出和帮 助，在接下的时间里，我会更好的弥补自己的不足，争取在以后的学习中取得更大的进步。
