自动控制原理综合训练3.doc

自动控制原理综合训练3单闭环直流调速校正设计班级：电气13-3班小组成员：范景博1305040303 冯鑫滢1305040304 韩明宇1305040306 贾辉1305040307 刘园1305040313 曾东洲1305040322 单闭环直流调速校正设计1、 系统原理图图1 系统的原理图2、 系统方框图 图6单闭环直流调速系统动态结构框图3、 系统传函开环传函闭环传函4、 系统参数电动机：PN=10kw UN=220v IdN=55A nN=1000rpm Ra=0.5晶闸管整流装置：二次线电压E2l=230v Ks=44主回路总电阻：R=1测速发电机：PNc=23.1kw UNc=110v IdN=0.21A nNc=1900rpm系统运动部分：飞轮矩GD2=10Nm2 电枢回路总电感量：在主回路电流为额定值10时，电流仍连续生产机械：D=10 s5系统传函为：五、系统性能指标进一步校正设计：选用串联校正方法校正5.1校正-调节器的选择P调节器：采用比例（P）放大器控制的直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳定裕度，同时还能满足一定的稳态精度指标。但是，带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统。I调节器：采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。 PI调节器：比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。5.2比例积分校正 图7为比例积分校正装置，也称为PI调节器，其传递函数为图7 PI调节器式中 KC=R1/R0 比例放大倍数T1=R1C1积分时间常数 其Bode图如图8所示。从图可见，PI调节器提供了负的相位角，所以PD校正也称为滞后校正。并且PI调节器的对数渐近幅频特性在低频段的斜率为-20dB/dec。因而将它的频率特性和系统固有部分的频率特性相加，可以提高系统的型别，即提高系统的稳态精度。从相频特性中可以看出，PI调节器在低频产生较大的相位滞后，所以PI调节器串入系统时，要注意将PI调节器转折频率放在固有系统转折频率的左边，并且要远一些，这样对系统的稳定性的影响较小。图8 PI调节器的Bode图但是，由于高频段上升，降低了系统的抗干扰能力。系统的固有开环传递函数为图9 具有PI校正的控制系统其中T1=0.33，T2=0.036，K1=3.2。采用PI调节器（K=1.3 ,T=0.33s），对系统作串联校正。比较系统校正前后的性能。原系统的Bode图穿越频率c=26.6dB，相位裕量=54.5o。采用PI调节器校正，其传递函数，Bode图为图10中的曲线I。图10 PI校正对系统性能的影响校正后的曲线如图10中的曲线II。增加比例积分校正装置后：(1) 在低频段，L()的斜率由校正前的0dB/dec变为校正后的-20dB/dec，系统由0型变为I型，系统的稳态精度提高。(2) 在中频段，L()的斜率不变，但由于PI调节器提供了负的相位角，相位裕量由原来的54.5 o减小为45o，降低了系统的相对稳定性；穿越频率c由26.6dB增大到33dB，有所增大，快速性略有提高。(3) 在高频段，L()的斜率不变，对系统的抗高频干扰能力影响不大。综上所述，比例积分校正虽然对系统的动态性能有一定的副作用，使系统的相对稳定性变差，但它却能将使系统的稳态误差大大减小，显著改善系统的稳态性能。而稳态性能是系统在运行中长期起着作用的性能指标，往往是首先要求保证的。因此，在许多场合，宁愿牺牲一点动态性能指标的要求，而首先保证系统的稳态精度，这就是比例积分校正获得广泛应用的原因。5.3校正前后指标比较由综合训练2知设计的系统 最大转速1130rpm 上升时间Tr=0.078s调节时间：0.293s 超调量：11.3 峰值时间：0.117s由曲线可知 最大转速：1520rpm 上升时间Tr=0.052s调节时间：0.203s 超调量：15.28 峰值时间：0.087s可见上升时间、调节时间、峰值时间都相应缩短，快速性略有提高；超调量较之前偏高，反映平稳性越差，也就是最大输出偏离稳态值的幅度比越大。可见，电机转速快速稳定在1000rpm，符合要求。参考文献 1 胡寿松.自动控制原理.第二版.北京.科学出版社,2015 2 佚名.单闭环直流调速的设计与仿真.百度文库 /view/1d38260303d8ce2f006623b7.html组员