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.doc

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 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： 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、电磁时间常数、机电时间常数； 建立未校正直流电机转速控制系统的数学模型。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：静态指标：转速实现无静差调节；静差速度误差系数 35 1/s 。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1 rad/s；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 秒 。 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60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：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.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：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”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. 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：未校正前系统的bode图如下所示：将未校正系统进行MATLAB的SIMULINK结构图仿真：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 。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1 rad/s；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=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MATLAB的SIMULINK结构图仿真：可以看到，校正后： 超前校正后的Bode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：R4=10，C=0.00112u R1=2k R2=2K R3=90k C2=12U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 。动态指标：频域指标：相角裕度45 ，幅值裕度 6 dB；系统开环频率特性的截止频率：1 rad/s；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 秒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MATLAB的SIMULINK结构图仿真：由上图可以得出，滞后校正后的系统指标为：滞后校正后的Bode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：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matlab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