酒精浓度自动监测系统设计

虚拟仪器系统设计报告设计名称：酒精浓度自动监测系统设计声明：学号：专业课：自动化14-01指导教师：学科(医院):信息工程学院设计时间：2017.05.08至2017.05.19课程设计绩效评估表(在相应列中)评估项目标题评估价格质量优秀良好一般合格不及格工作量和态度实验，计算可靠性文本和图表质量整体评估列表1简介1.1简介.31.2技术数据.41.3设计工作.42电流阻断负反馈单闭环调速系统的工作原理.52.1单闭环调速系统的组成和原理.2.2单闭环调速系统静态特性分析.52.3单闭环调速系统的电流阻塞分析.62.4单闭环调速系统电路原理图.73参数设计. 93.1全面分析.93.2可靠性参数计算和判断.93.3调节器的选择和结构.104 MATLAB模拟.115电击枪. 126设计经验.15参考文献. 161简介1.1系统概述为了提高直流调速系统的动态、静态性能，一般采用闭环控制系统(主要包括单闭环、双闭环)。如果对速度调节的要求不高，可以使用单个闭环。与闭环系统相比，开环系统自动检测出输出信号的一部分拉回到输入信号，并将其差异与实际输入信号进行了比较。可以自动调节输入量，提高系统稳定性。在对调速系统性能要求高的领域经常使用直流电动机，但是如果直流电动机开环系统稳定性不能满足要求，可以使用速度单闭环提高稳态精度，使用比例调节器的负反馈调速系统仍然是静态的，可以用集成调节器代替比例调节器消除系统停车。1.2技术数据电枢额定电压220V电枢额定电流136A额定励磁电流If=1.5A额定励磁电压Uf=220V电源原因0.85整流器内部电阻Rrec=1.3电枢电阻0.21 平面反应器电感lOOmH电枢允许过载系数1.5额定速度l460 r/min(1)该调速系统调节速度平稳，负载电机不可逆，调速范围(D10)大，系统能在工作范围内稳定运行(2)根据指标要求动态校准，选择调节器的参数，确定与电流截止负反馈环相关的参数(3)系统在5%负载或更大负载的变化操作范围内，电流连续1.3设计工作(1)根据主题的技术要求，分析论证，确定主电路的结构类型和闭环调速系统的组成，绘制系统配置的框图(2)基于具有电流阻塞负反馈速度的单闭环直流调速系统的示意图，分析了速度调节器和电流阻塞负反馈的作用(3)设计调节器参数，利用MATLAB仿真获得速度和电流的模拟波形2电流阻断负反馈单闭环调速系统工作原理2.1单闭环调速系统的组成和原理将开环系统改为单闭环速度负反馈速度调节系统，使用PI调节器保证动态性能和速度非稳态，更好地解决开环系统的不足。该闭环系统将直流电动机速度变化信号反馈到触发环，以自动调节整流输出电压Uds，增加或减少触发角度a，从而使系统图和系统图稳定运行，如下图所示速度单闭环实验将反映速度变化的电压信号作为反馈信号，通过速度转换接收速度调节器的输入部，与给定电压进行比较，得到相移控制电压UCL，用作控制整流桥的触发电路，通过放大器在晶闸管的栅极和阴极之间触发脉冲，改变三相全控制整流器的输出电压，形成速度负反馈闭环系统。电动机的速度根据给定的电压变化，电动机的最大速度由速度调节器的输出极限量确定，速度调节器使用比例调整对步进输入有稳态误差，必须将调节器转换为PI(比例积分)调整以消除上述误差。此时，闭环系统在给定一定时间的情况下起到抑制速度变化的作用，在电机负载或电源电压波动的情况下，电机的速度可以在一定范围内稳定下来。2.2单闭环调速系统静态特性分析系统的两个静态特性方程：(1)如果是IdIdcr，则电流负反馈关闭，静态特性等于速度负反馈(2)引入IdIdcr后，电流负反馈静态特性静态特性的一些特性：(1)电流负反馈相当于在主电路上串行化大电阻KpKsPs，使稳态速度非常高，特性急剧下降。(2)比较电压Ucom与给定电压Un*的作用相同。(3)两种静态特性常被称为挠度特性。(4)最大截止电流必须小于电动机允许的最大电流。2.3单闭环调速系统的电流阻塞分析1.电流阻塞负反馈建议(1)启动冲击电流，直流电动机全电压启动时，如果没有有限措施，就会产生大冲击电流，这不仅不利于电机整流，也不能在过载小的电子设备上允许。(2)闭环调速系统将给定的启动冲击电流突然用作声速反馈的闭环调速系统加给定电压后，由于惯性，旋转速度不能立即成立，反馈电压保持在0，这接近稳态运行值的1 K倍。此时放大器和转换器的惯性很小，因此电枢电压一下子达到最高值，电机则相当于全压启动，当然不允许。(3)切断电流，生产机器的部分马达可能会遇到切断的情况。故障导致机械轴卡住，挖掘机工作时撞到坚硬的石头等。闭环系统的静态特性很强，如果无限流动，则电流远远超过允许值。如果仅依赖过流继电器或保险丝保护，如果发生过载，跳闸可能难以操作。要解决反馈闭环调速系统启动和关闭时的过度电流问题，系统必须有自动限制电枢电流的环。根据反馈控制原理，如果想让某一物理量基本保持不变，就必须引入对该物理量的否定反馈。那么，随着电流负反馈的引入，电流必须能够保持基本不超过允许的值。2.建立电流阻断负反馈通过电流负反馈和速度负反馈分析。限流效果只在启动和关闭时工作，正常运行时应根据负载自由增减电流，并采用限流负反馈方法，只在电流增加一定程度时访问电流负反馈以限制电流，在电流正常时只运行速度负反馈以控制速度。使用单独的直流电源作为比较电压，其大小可以作为电位器的调节。这相当于调整截止电流和使用稳定管对击穿电压Ubr作为比较电压。线路是简单但没有平滑调节的截止电流。下图显示了反馈链接连接电路和I/O属性2.4单闭环调速系统的电路图采用电流阻断负反馈的单闭环直流调速系统主电路图图中电机的电枢电路由晶闸管组成的三相桥式整流电路供电，通过与电机同轴紧密连接的转速表TG检测电机的速度，通过速度反馈环分压后消除适当的速度反馈信号Un。该电压由速度给定的信号Un*由速度调节器ASR综合调节，ASR的输出是相移触发器的控制电压Uc，构成了速度负反馈单闭环直流调速系统。变更Un*可以调整马达的速度。在此系统中，ASR使用属于非平稳速度调节系统的比例积分调节器。为了防止启动和运行过程中过度的电流冲击，系统引入了电流切断负反馈，停止电流超过了允许的最大值。3参数设计3.1全面分析本主题设计了具有电流阻塞负反馈速度的单闭环直流调速系统，并选择了以下方案设计系统，以满足上述技术要求和性能指标的要求1.系统需要平滑调速，可以使用电压调节调速方式。电压调节调速系统在保持直流电动机磁通量额定值的情况下，将电枢两端的电压(电源电压)降低到不同的值时，可以获得与电动机固有机械特性平行的人为机械特性，因此调速方向属于一定的转矩调速方法。只要输出的电压能连续调整，电机的无级调速，调速范围可以很大。系统的静态特性良好，没有静态。合理设置参数，具有电流阻塞负反馈速度的单闭环直流调速系统本身就能稳定运行系统。3.本设计的电力电子转换装置采用三相桥式控制晶闸管整流器，利用主题要求中给出的参数进行设计。其Rrec=1.3。4.在电流的负反馈环中，截止电流的上限选择应根据电机的品牌和参数论证，避免电流太多，电动机烧坏。3.2可靠性参数计算和判断根据教师提供的技术参数，基本数据如下：电枢额定电压220V电枢额定电流136A额定励磁电流If=1.5A额定励磁电压Uf=220V电源原因0.85整流器内部电阻Rrec=1.3电枢电阻0.21 平面反应器电感lOOmH电枢允许过载系数1.5额定速度l460 r/min总飞轮惯性=22.5 n * m 23.3调节器的选择和结构动态补偿可以通过多种方式使用，一个系统可以根据需要进行补偿的方式也不是唯一的。控制系统中最常用的是串行校正和反馈校正。简化系列校正比较单一，也容易实现。对于具有电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于传递函数的阶数低，通常可以使用PID调节器的串行校正方法进行动态校正工作。其结构图如下PID控制器有三种类型：PD、PI和PID。由PD调节器组成的高级校正提高了系统的稳定性毛利，速度足够快，但可能会影响稳定性准确度。由Pl调节器组成的延迟校正可确保稳定的精度，但作为以快速极限稳定系统为代价。一般速度调节系统的要求是动态稳定性和稳态精度为主，快速要求有所下降，因此采用了PI调节器。现在，使用PI控件调整以下传递函数：4 MATLAB模拟MATLAB模拟方块图仿真结果如下图所示。5电气合计图电击枪三相桥式全控整流电路综合触发控制电路V-M系统三相全控制整流电路6设计经验通过这次课程设计学到了很多。我巩固了软件MATLAB的使用，对一些理论知识的实际使用有了更深的理解。特别是综合应用了晶闸管、变压器等组件。我锻炼了独立思考的能力，对自动化的基本和综合使用有了深刻的理解。特别是具有电流阻断负反馈速度的单闭环直流调速系统的设计。想法是出路，从课程设计开始，思想就完全没有困难，因此，找回教科书和实践手册，对知识系统进行全面梳理，然后困难的问题首先问学生们关于烦恼的更多问题，最终掌握基本的理论知识，一般有很多难以理解的学习，但是有相当实用的作用，了解更难的知识，学习思考的