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1、运动控制系统课程设计指导书成都大学电子信息工程学院自动化系谭健敏编2013年10月运动控制系统课程设计指导书目录前言2一 .课程设计任务31.1 课程设1t题目31.2 课程设计的内容31.3 课程设计的主要技术参数31.4 课程设计时间安排41.5 课程设计的主要参考资料4二 .直流调速系统的工程设计方法52.1 控制系统的设计52.2 闭环调速控制系统的工程设计方法72.3 转速环与电流环的关系：10三 .直流调速系统串联校正设计实例（参考）111运动控制系统课程设计指导书前言1、运动控制系统课程设计的目的与任务运动控制系统课程设计是运动控制系统（电力拖动自动控制系统）课程教学的一个环节，
2、任务是通过课程设计使学生掌握运动控制系统设计（综合）的基本方法（工程设计方法），掌握调速系统工程设计的具体步骤和方法。2、课程设计基本内容及要求本课程设计包括运动控制系统的工程设计方法、直流调速系统的设计和控制参数计算、调试系统和参数分析三部份内容。要求掌握对调速系统进行测试和分析、操作和调试的基本方法、步骤和基本操作技能，具备对控制系统的调试和故障分析的能力。设计说明书应对整个设计过程有清晰的说明，包括设计过程说明、主回路设计说明、控制电路设计说明、调试说明，以及设计计算公式、计算数据、设计图表等内容。3、适用专业本课程设计适用自动化专业，电气工程及自动化专业。4、考核方式课程设计的考核成绩
3、由平时成绩、设计计算和设计报告（包括设计测试）叁部分组成。5、本课程设计指导书适用于“运动控制系统”或“电力拖动自动控制系统”等相关课程。6、本课程设计指导书根据学校实验室配置的教学实验装置和专业教学要求编写。谭健敏2012年9月.课程设计任务1.1 课程设计题目采用工程设计方法设计转速电流双闭环直流调压调速系统1.2 课程设计的内容1）调速控制系统的总体设计；2）设计主回路；3）根据指标设计调速系统的调节器，并选择各环节参数;4）按设计结果组成系统，在实验室用实验系统进行调试；5）研究参数变化对系统性能的影响；1.3 课程设计的主要技术参数1.3.1 闭环控制系统性能要求1）稳态无静差；2）
4、调速范围D=5;3）静差率s5%;4）起动时电流超调量6i5%;5）在额定转速时的转速超调量（rn6dB。2.2 闭环调速控制系统的工程设计方法用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，而初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。一般来说，许多控制系统的开环传递函数都可表示为：mK(jS1)j1W(S)jnsr(TiS1)i1上式中，分母中的sr项表示该系统在原点处有r重极点，或者说,系统含有r个积分环节。根据r=0,1,2,等不同数值，分别称作0型、I型、II型、系统。自动控制理论已经证明
5、，0型系统稳态精度低，而出型和田型以上的系统很难稳定。因此，为了保证稳定性和较好的稳态精度，多选用I型和II型系统。典型I型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差，典型n型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。这是设计时选择典型系统的重要依据。2.2.1 工程设计方法的基本思路工程设计方法的基本思路将控制对象校正成为典型系统。对于双闭环调速系统来讲就是设计转速、电流两个调节器。设计思路是：(1)选择调节器结构，使系统典型化并满足稳定和稳态精度。(2)设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。工程设计方法的特点：(1)概念清楚、易懂；(2)计算公式简明、好记；(3)不仅给出参数计算的
6、公式，而且指明参数调整的方向；(4)能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式；(5)适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。2.2.2 工程设计方法的设计步骤实际刈黛卜 近似（降阶）I-调节器C）调N瑞（D-（近似对卷）典型化近似对象典型系统（a）第一步：对象近似i近似对默 一曲型系统b）第二步：将系统归类为典型系统冬个近似条件采用系统的特性 泰鞅被验各近似 条件.若不符.则重新设计.借用典型系统 参数与性能指 标的关系设计 调节器参数（c）第三步:调H器参数设计OO第四步工校验近似条件并实验实际的双闭环调速系统的动态结构图如下图所示，图中增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和
7、两个给定信号的滤波环节。Toi是电流反馈滤波时间常数，Ton是转速反馈滤波时间常数。系统设计的一般原则是先内环后外环。从内环开始，逐步向外扩展在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。2.2.3 电流环（电流调节器）的设计电流环设计分为以下几个步骤：1）电流环结构图的简化a）电流环结构图的简化内容有b）忽略反电动势的动态影响c）等效成单位负反馈系统d）小惯性环节近似处理2）电流调节器结构的选择从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用I型系统。从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统。电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的电流调节器。3）电流调节器的参数选择电流调节器的参数有：K和i,可根据所需要的动态性能指标选取。在一般情况下，可选=0.707,KTi=0.5。如果实际系统要求的跟随性能指标不同，应作相应的改变；此外，如果对电流环的抗扰性能也有具体的要求，还得再校验一下抗扰性能指标是否满足。4）电流调节器的实现采用模拟电路构成电流调节器，则需根据所选的R计算电阻R电容C和Q值。2.2.4 转速环（转速调节器）的设计转速环设
