小功率直流电机调速综合设计-本科毕业论.doc

电气工程及其自动化专业综合设计(论文)中文题目黑体二号，居中电气工程及其自动化专业综合设计(论文)英文题目Arial二号，大写，居中小功率直流调速系统设计DESIGN OF SMALL POWER DC SPEED CONTROL SYSTEM学生姓名严昊学生学号20120501145学院名称信电工程学院专业名称电气工程及其自动化指导教师曹言敬、张旭隆2015年12月25日摘要本文对小功率直流调速系统进行了研究与设计。首先对单闭环直流调速系统进行了实验建模与实验测试，构建了调速系统的系统框图；然后采用频率法为系统设计超前校正装置, 并使用Matlab计算机仿真软件对系统进行了仿真；最后对校正装置进行了电路设计与制作，对系统进行校正，使系统满足了性能指标要求。其建模、仿真以及校正网络设计方法简单易行,对研究其他种类的控制系统校正网络具有一定的借鉴作用。关键词：单闭环调速系统；建模；超前校正；MATLAB仿真小二号黑体字居中顶格书写，小四号宋体，“关键词”三字加粗，各关键词之间加分号；最后一词之后不加标点符号。目 录1 绪论11.1 设计背景11.1.1 直流调速系统概述11.2 自动控制原发展历程11.3 自动控制校正系统11.3.1 校正的概念11.3.2 校正的方式22 设计任务32.1 设计的详细任务32.2 设计要求33 调速系统设计43.1 单闭环调速系统原理43.1.1 调速系统原理43.1.2 控制结构图43.2 各部件相关参数选择43.2.1 V-M系统介绍43.2.2 比例放大器53.2.3 整流电路：采用三相桥式全控整流64 调速系统的调速指标74.1 参数计算74.1.1 转速控制闭环调速系统的调速指标74.1.2 闭环调速系统的静特性84.2比例放大器84.3 额定励磁下直流电动机参数94.4 误差分析105系统部件特性测试135.1主要设备仪器135.2功率放大器特性测定135.3电动机的传递函数135.4 电动机死区电压Ui测定145.5 电动机时间常数Tm测定145.6 电动机传递系数Km测定146 matlab软件仿真156.1原系统的闭环阶跃响应156.2 系统校正设计156.3 校正后的系统框图16结论18致谢19参考文献20I大纲级别4级，小四号黑体，单倍行距，段前0.5行，段后0.5行大纲级别1级，小二号黑体，居中，单倍行距，段前0.5行，段后0.5行大纲级别2级，小三号黑体，单倍行距，段前0.5行，段后0.5行1 绪论大纲级别3级，四号黑体，单倍行距，段前0.5行，段后0.5行1.1 设计背景1.1.1 直流调速系统概述从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。相比于交流调速系统，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟。直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产、交通运输、楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产、生活发生了巨大的变化。随着新型电力电子器件的研究和开发以及先进控制技术的发展，电力电子和电力拖动控制装置的性能也不断优化和提高，这种变化的影响将越来越大。1.2 自动控制原发展历程随着科学技术的进一步发展，自动控制已广泛地用于工业、农业、商业、军事等各领域，成为现代技术的重要组成部分。自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，已形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入单输出的线形定常数系统的分析和设计问题。20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新的阶段现代控制理论。它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。1.3 自动控制校正系统1.3.1 校正的概念 当控制系统的稳态、静态性能不能满足实际工程中所要求的性能指标时，首先可以考虑调整系统中可以调整的参数；若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有系统中增添一些装置和元件，人为改变系统的结构和性能，使之满足要求的性能指标，我们把这种方法称为校正。增添的装置和元件称为校正装置和校正元件。系统中除校正装置以外的部分，组成了系统的不可变部分，我们称为固有部分。1.3.2 校正的方式根据校正装置在系统中的不同位置，一般可分为串联校正、反馈校正和顺馈补偿校正。1.串联校正校正装置串联在系统固有部分的前向通路中，称为串联校正，如图1-1所示。为减小校正装置的功率等级，降低校正装置的复杂程度，串联校正装置通常安排在前向通道中功率等级最低的点上。图1-1串联校正2.反馈校正校正装置与系统固有部分按反馈联接，形成局部反馈回路，称为反馈校正，如图1-2所示。图1-2反馈校正3.顺馈补偿校正顺馈补偿校正是在反馈控制的基础上，引入输入补偿构成的校正方式，可以分为以下两种：一种是引入给定输入信号补偿，另一种是引入扰动输入信号补偿。校正装置将直接或间接测出给定输入信号R(s)和扰动输入信号D(s)，经过适当变换以后，作为附加校正信号输入系统，使可测扰动对系统的影响得到补偿。从而控制和抵消扰动对输出的影响，提高系统的控制精度。为满足控制系统的静态性能要求，最直接的方法是增大控制系统的开环增益，但当增益增大到一定数值时，系统有可能变为不稳定，或即使能稳定，其动态性能一般也不会理想。为此，需在系统的前向通道中加一超前串联校正装置，以实现在开环增益不变的前提下，系统的动态性能亦能满足设计的要求。 循环矿浆压力与柱体背压的关系2 设计任务2.1 设计的详细任务建立小功率直流调速系统的数学模型，确立自动控制元部件参数的测试方法，记录未校正控制系统的阶跃响应曲线，确定原系统的动态性能指标；用自动控制原理设计系统校正网络并自动控制系统校正装置参数的调整方法。2.2 设计要求（1）控制性能：控制范围0最大转速、Ts在开环的基础上减少70%、1。可以采用频率法求解传递函数：对于原系统有:得出w0=28 rad/sr0=180-90-arctan(0.04w0)= 42系统的最大超前角:=r-r0+15=60所以又L(wc)=0 得:Wc=54 rad/sWm=Wc=54 rad/s所以得出校正器的传递函数为: 6.3 校正后的系统框图1.校正后的系统框图如图6-3。图6-3校正后的系统框图2.通过运行系统可得到它的阶跃响应如图6-4。由图可以看出Ts=50ms,(350-50)/350*100%=85%70%,满足要求；%=(5.2-5)/5*100%=4%5%，满足要求。所以此系统符合系统指标要求。如图6-5为校正器原理图，图中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。运行后的阶跃响应图如图6-4。图6-4校正后系统的阶跃响应3.用protel画的校正器原理图如下图6-5。图8-3校正器原理图标题黑体小二，居中，单倍行距，段前0.5行，段后0.5行；内容宋体小四，行距固定值20磅。结论在实验过程中不免遇到各种问题，需要认真观察与分析，排除各种问题。在实验过程中，首先要检查线路是否短路断路，电源是否正常，各个芯片是否正常工作。然后再一个一个模块测试，查看各模块是否正常工作和出现的各种误差。最后再组成系统，进行调试，测量系统的性能指标。在接成闭环反馈系统之前，一定要判断好反馈的极性，当极性为负时才能接成闭环反馈系统。如果出现电机在调速运转，应该查看线路是否正常，电机是否接反。理论设计好的电路参数，接到实际系统中还需要慢慢调试，更改参数以达到性能指标要求。如果电路出现振荡，应该减小比例增益，或者增大微分系数。调节时间过大，可以增大比例系数，加快反应速度。超调过大，可以增大微分系数，减少超调量。致谢标题黑体小二，居中，单倍行距，段前0.5行，段后0.5行；内容宋体小四，行距固定值20磅。经过一周的课程设计，由于经验的匮乏和实验设施的限制，我们仍有许多考虑不周全，思路不明确的问题。 在这里首先要感谢指导老师的督促指导。在课程设计中，通过请教并获得相关解答，才得以将此设计顺利完成。其次，感谢我们组及另一组和我们做同一课题的同学。在设计中，无论我问什么问题，他们都很耐心的给我讲解，给我提供了很大的帮助和支持，并且通过小组讨论，使我的学习生活充满了乐趣。 最后， 在此再次感谢所有关心、 支持和帮助我的老师、 亲人和朋友们，谢谢！参考文献1 胡寿松.自动控制原理.北京:科学出版社2 华成英.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社3 黄忠霖.控制系统MATLAB设计与仿真.北京:国防工业出版社8 王兆安,黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社,200410 李