酒精浓度自动监测系统设计

1、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 姓 名： 学 号： 专业班级： 自动化14-01 指导老师： 系 （院）： 信息工程学院 设计时间： 2017.05.082017.05.19 课程设计成果评定表（在相应栏目打）评 价 项 目评 价 质 量优秀良好一般及格不及格工作量和态度试验、计算牢靠性文字和图表质量总体评价欢迎下载目 录1 绪论1.1绪论.31.2 技术数据. 41.3 设计任务. 4 2 带电流截止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与原理.52.2单闭环调速系统的静特性分析.52.3单闭环调速系统的电流截止的分析62.4单闭环调速系统电

2、路原理图73参数设计. .93.1 整体分析. 93.2 稳定性参数计算和推断.93.3 调整器的选择和结构. 104 MATLAB仿真.115 电气总图. 126 设计心得体会15参考文献. 161绪论1.1 系统概述为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常接受闭环把握系统（主要包括单闭环、双闭环）。而在对调速指标要求不高的场合，接受单闭环即可。闭环系统较之开环系统能自动侦测把输出信号的一部分拉回到输入端，与输入信号相比较，其差值作为实际的输入信号；能自动调整输入量，能提高系统稳定性。在对调速系统性能有较高要求的领域常利用直流电动机，但直流电动机开环系统稳定性不能够满足要求，可利用转速单闭

3、环提高稳态精度，而接受比例调整器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消退系统静差，可接受积分调整器代替比例调整器。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 功率因 0.85 整流器内阻 Rrec=1.3 电枢电阻 0.21 平波电抗器电感 lOOmH 电枢允许过载系数 1.5 额定转速 l460 r/min(1)该调速系统能进行平滑的速度调整，负载电机不行逆运行，具有较宽的调速范围(D>10)，系统在工作范围内能稳定工作(2)依据指标要求进行动态校正，选择调整器的参数，并确定电流截止负反馈环节的相关参数(3)系统

4、在5%负载以上变化的运行范围内电流连续1.3设计任务(1)依据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图(2)依据带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统原理图，分析转速调整器和电流截止负反馈的作用(3)通过对调整器参数设计，利用MATLAB仿真得到转速和电流的仿真波形2 带电流截止负反馈单闭环调速系统的工作原理2.1 单闭环调速系统的组成与原理将开环系统改为单闭环转速负反馈调速系统，并接受PI调整器，就既保证动态性能，又能做到转速的无静差，较好的解决开环系统的不足，此闭环系统的工作原理是：将直流电动机转速变化信号反馈到触发环节，来自动增大或减小触

5、发角a来自动调整整流输出电压Uds，即可达到稳定，其系统结构框图与系统原理图如下图所示转速单闭环试验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经速度变换后接到速度调整器的输入端，与给定的电压相比较经放大后，得到移相把握电压UCL,用作把握整流桥的触发电路，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以转变三相全控整流的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调整器的输出限幅所打算，速度调整器接受比例调整对阶跃输入有稳态误差，要想消退上述误差，则需将调整器换成PI（比例积分）调整。这时当给定恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波

6、动时，电机的转速能稳定在肯定的范围内变化。2.2单闭环调速系统的静特性分析 系统两段静特性方程式：(1) 当IdIdcr时，电流负反馈被截止，静特性与转速负反馈相同 (2) 当IdIdcr时引入电流负反馈静特性变为静特性的几个特点：（1） 电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻KpKsPs，因而稳态速降极大，使特性急剧下垂。（2） 比较电压Ucom与给定电压Un*的作用全都。（3） 两段静特性常被称作下垂特性。（4） 最大截止电流应小于电机允许的最大电流。2.3单闭环调速系统的电流截止的分析1.电流截止负反馈的提出（1） 起动的冲击电流,直流电动机全电压起动时，假如没有限流措施，会产生

7、很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载力量低的电子器件来说，更是不能允许的。（2） 闭环调速系统突加给定起动的冲击电流一接受转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不行能马上建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的1+K倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。（3） 堵转电流 有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的状况。例如：由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时遇到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。假如只依靠过流继

8、电器或熔断器爱护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必需有自动限制电枢电流的环节。依据反馈把握原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应当引入那个物理量的负反馈。那么引入电流负反馈，应当能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。2.电流截止负反馈的建立通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，接受电流截止负反馈的方法，则当电流大到肯定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用把握转速。用独立的直流电源作为比较电压，其大小可用电位器调整，相当

9、于调整截止电流用稳压管VS的击穿电压Ubr作比较电压，线路要简洁的多但是不能平滑的调整截止电流。下图是反馈环节的连接电路和I/O特性2.4单闭环调速系统的电路原理图带电流截止负反馈单闭环直流调速系统的主电路图图中的电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式整流电路供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机TG检测电动机的转速，并经转速反馈环节分压后取出合适的转速反馈信号Un，此电压与转速给定信号Un*经速度调整器ASR综合调整，ASR的输出作为移相触发器的把握电压Uc，由此组成转速负反馈单闭环直流调速系统。转变Un*即可调整电动机的转速。在本系统中ASR接受比例积分调整器，属于无静差调速系统。为了

10、防止在起动和运行过程中消灭过大的电流冲击，系统引入了电流截止负反馈以限止电流超过其允许的最大值。3参数设计3.1 整体分析本题目要求设计带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统，为满足以上技术要求和性能指标的要求，选择以下方案设计系统1. 系统要求平滑调速，可接受调压调速方式。由于调压调速系统是在保持他励直流电动机的磁通为额定值的状况下，将电枢两端的电压（电源电压）降低为不同的值时，可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速方向是基速以下，属于恒转矩调速方法。只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级调速，调速范围可以达到很宽。2. 系统静特性良好，无静差。在参数设置合理的状

11、况下，带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统本身可以做到系统的稳定运行。3. 本设计中的电力电子变换装置接受三相桥式把握的晶闸管整流装置，应用题目要求中给定的参数进行设计，其Rrec=1.3。4. 在带电流截止负反馈环中，截止电流的上限选择需要依据电机的品牌和参数论证，以保证电机不至于因电流过大而烧毁。3.2 稳定性参数计算和推断依据老师供应的技术参数，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 功率因 0.85 整流器内阻 Rrec=1.3 电枢电阻 0.21 平波电抗器电感 lOOmH 电枢允许过载系数 1.5 额

12、定转速 l460 r/min 总飞轮惯量=22.5n*m23.3 调整器的选择和结构动态校正的方法很多，而且对于一个系统来说，能够符合要求的校正方案也不是唯一的。在把握系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。串联校正比较简单，也简洁实现。对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于其传递函数的阶次较低，一般接受PID调整器的串联校正方案就能完成动态校正的任务。其结构图如下PID调整器中有PD、PI和PID三种类型。由于PD调整器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳定精度可能受到影响；由Pl调整器构成的滞后校正，可以保证稳定精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的。一般

13、调速系统的要求以动态稳定性和稳态精度为主，对快速性要求差一些，所以接受PI调整器。现在我们接受PI调整器来调整，其传递函数如下：4 MATLAB仿真MATLAB仿真的原理框图其仿真结果如下图所示：5 电气总图 电气总图三相桥式全控整流电路集成触发把握电路V-M系统 三相全控整流电路6 设计心得体会通过本次课程设计，我学到了很多东西。我巩固了软件MATLAB的运用，对一些理论学问的实际运用有了更深的理解，特殊是晶闸管、变压器等元件的综合运用。我熬炼了自己独立思考的力量，对自动化的基础学问和综合运用有了深层的理解，尤其是对带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统的设计。思路即出路，课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，于是重拾教材与实骑手册，对学问系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思更想再向同学请教，最终娴熟把握了基本理论学问，而且领悟诸多平常学习难以理解的但是却相当有实际作用的较难学问，学会了如何思考的思维方式，找到了设计灵感。总之每一次的实践课实习都是在给