机电控制系统.doc

机电控制系统老师：牛礼民学生：李银凤学号：20110226一、 叙述机电控制系统的组成、分类、发转趋势（可用图） 组成：机电控制系统一般由指令元件，比较、综合与放大元件，转换与功率放大元件，执行元件，工作机构，检测与转换元件等6部分组成，为了研究问题方便，通常又把指令元件和比较、综合与放大元件合称为控制器。将转换与功率放大元件和执行元件合称为机电动力机构；机电动力机构和工作机构合称为被控对象。对于控制精度要求不高且执行元件的输出能够按其给定规律运动时，可以采用开环控制。此时检测与转换元件也可以没有；但为了显示与检测，系统中仍应装有检测与转换元件。机电控制系统组成分类： 1)按给定量的特征分：控制系统按给定量的特征可分为恒值控制系统、程序控制系统和随动控制系统。2)按系统中传递信号的性质分控制系统按系统中传递信号的性质可分为连续控制系统和离散控制系统。发展趋势： 随着社会生产和科学技术的进步，机电控制技术不断地深入到各个领域，并迅速地向前发展。世界各先进工业国家的机电控制技术各有特点，发展的重点和具体做法也不尽相同，但总的趋势是一致的，归纳起来主要包括以下3个方面：(1)向高精度、高效率、高性能和智能化的方向发展。(2)向小型化、轻量化和多功能化的方向发展。(3)向系统化和复合集成化的方向发展。二、 如何理解拉氏变换和Z变换（关系）？列出相同点和不同点，说明S平面和Z平面是如何映射的？对于连续系统，用微分方程来描述，采用Laplace变换进行分析：对于离散系统，则采用差分方程来描述，用z变换来分析。 z变换在离散系统中的作用，类似于Laplace变换在连续系统中的作用。因连续信号采样后，就产生离散函数，因此，研究采样系统必须首先讨论采样器和保持器。拉氏变换的收敛域为有限S平面，Z变换收敛域为有限Z平面，这对应着时域中是有限长序列。拉氏变换收敛域为某条平行与虚轴直线右侧的有限S平面，Z变换收敛域Z平面中以原点为圆心的某圆周的外部，这对应着时域的右边函数或序列。拉屎变拉氏变换为带，Z变换为环。理想采样的拉氏变换： 对照采样序列的z变换： ，显然，当z=esT时，采样序列的z变换等于理想采样信号的拉氏变换。 这说明，从理想采样信号的拉氏变换到采样序列的z变换，就是由复变量s平面到复变量z平面的映射变换，这个映射关系就是z=esT。设 j ， rej 则 reje(j)TeT ejT 因此 reT ， T/fs 当0时，r1。 显然，s平面的左半平面对应z平面的单位圆内，虚轴对应单位圆，由-/T到+/T的一个条带对应z平面单位圆上的一周。三、 设计某一直流电动机闭环调速系统并建立其各环节数学模型，写出动力学方程。1、参数给出电动机：额定数据为10KW,220V,52A,1640r/min,电枢电阻0.5欧，飞轮力矩GD=10Nm。晶闸管装置：三项桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联接二次电压E=230V，触发整流环节的发达系数为K=40VM系统主电路总电阻1.0欧测速发电机：永磁式，ZYS231/110型：额定数据为23.1w，110V，0.18A，1800r/min。生产机械要求调速范围D=10，静压率s5%。2、参数计算为了满足D=10, s5%。,额定负载时调速系统的稳态速降为根据，求出系统的开环放大系数计算测速反馈环节的放大系数测速反馈系数包含测速发电机的电动势转速比和电位器的分压系数，试取=0.2，如测速发电机与主电机直接联接，则在电动机最高转速成1460r/min下，反馈电压为相应的最大给定电压约需用18V。若直流稳压电源为，可以满足需要，因此所取的值时合适的，于是，测速反馈系数为电位器的选择方法如下：考虑测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的20%，这样，测速机电枢压降对监测信号的线性度影响较小，于是此时所消耗的功率为为了是电位温度不是很高，实现瓦数为消耗功率的一倍以上，故选为10W,3K的可调电位器。计算运算放大器和参数取K=17,R=40K，则反馈电压：四、 结合例子运用MATLAB/Simulink对PID模块的三个参数进行整定并仿真，写出参数整定的心得体会。（截图）根据系统稳态结构图，选择仿真模块：使用constant模块作为转速给定电压，ramp模块作为负载扰动，并用staturation模块限幅，选择Gain模块作为传递函数模块，sum模块作为信号综合点，最后加上示波器。由此建立有静差调速系统的数学模型，并用KILE软件对系统经行仿真。主要元件的参数设置转速给定电压：由于触发装置GT的控制电压时由给定电压U和反馈电压U的差经过放大器后产生的，所欲二者的差不会很大，于是去U=18V，即常量值设设为18。采用斜坡函数，并加上staturation模块作为限幅。在电路图simulink菜单选项中，选择simulintion parameter,对仿真参数进行如下设置：start time :0.1:stop time :2.0 K=17 K=40图中K=17转速为1449.75r/min，随着负载电流的增加，转速有所下降，在0.63s时，电流达到额定值52A.这时的转速降为1442.5r/min，系统的转速降为1449.75r/min1442.5r/min。图中K=40时系统的特性，从转速曲线可以看到，随着放大倍数的增加，系统的转速降下，静特性的硬度增加，抗负载能力提高。利用margin命令函数n1=0 62.53;d1=0.174;s1=tf(n1,d1);n2=0 1;d2=0.016 1;s2=tf(n2 d2);n3=0 1;d3=0.00167 1;s3=tf(n3 d3);sys=s1*s2*s3;margin(sys)得出闭环调速系统的频率特性五、 说明你在即将开展的科研项目工作中可能用到的机电控制系统，解释系统的工作原理并画出系统的组成框图。在以后项目中可能用到的为程序控制系统。其基本工作原理：如果给定值按事先设定好的程序变化，就是程序控制系统。如温度控制系统，即为一个温度程序控制系统，生物反应和金属处理加热炉采用程序控制的很多。由于采用计算机的温度控制系统，实现程序控制特别方便，因