自動控制原理課程設(shè)計---直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　課程名稱：自動控制原理</p><p>　　設(shè)計題目：用SISO　 Design　Tool設(shè)計直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 ?設(shè)計目的……………………………………2</

2、p><p>　　二 ?設(shè)計任務(wù)與要求……………………………3</p><p>　　1 ?設(shè)計任務(wù)……………………………………………3</p><p>　　2 ?設(shè)計要求……………………………………………3</p><p>　　三 ?設(shè)計方法及步驟……………………………4</p><p>　　1 ?設(shè)計方法………………………

3、……………………5</p><p>　　2 ?設(shè)計步驟………………………………………………7</p><p>　　四 ?小結(jié)與設(shè)計收獲……………………………8</p><p>　　五 ?參考文獻(xiàn)……………………………………8</p><p><b>　　一 ?設(shè)計目的</b></p><p>　　

4、直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。一臺直流電機(jī)既可以作為直流電動機(jī)，又可以作為直流發(fā)電機(jī)使用。由于其具有良好的調(diào)速特性，在許多調(diào)速性能要求的場合仍能得到廣泛的運用。直流電機(jī)是人類最早發(fā)明和應(yīng)用的一種電機(jī)。直流電機(jī)是將直流電轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，與交流電機(jī)相比較，雖然直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，價格比較貴等缺點制約了它的發(fā)展，應(yīng)用不如交流電機(jī)廣泛。但由于直流電機(jī)有優(yōu)良的啟動，調(diào)速和制動性能，因此在工業(yè)領(lǐng)域中仍占有一席之地。這次我們設(shè)計的就是他勵直流電

5、動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，來進(jìn)一步了解直流電機(jī)的調(diào)速。直流電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖（1），外部形象如圖（2）所示。</p><p><b>　　圖（1）</b></p><p><b>　　圖（2）直流電機(jī)</b></p><p>　　二 ?設(shè)計任務(wù)與要求</p><p><b>　　1 ?設(shè)計任務(wù)</b

6、></p><p>　　使用SISO　 Design　Tool設(shè)計直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。典型電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，控制系統(tǒng)的輸入變量為輸入電壓，系統(tǒng)輸出是電機(jī)負(fù)載條件下的轉(zhuǎn)動角速度?，F(xiàn)設(shè)計補(bǔ)償器的目的是通過對系統(tǒng)輸入一定的電壓，使電機(jī)帶動負(fù)載以期望的角速度轉(zhuǎn)動，并要求系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。</p><p>　　圖 3 直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　

7、直流電機(jī)動態(tài)模型本質(zhì)上可以視為典型二階系統(tǒng)，設(shè)某直流電機(jī)的傳遞函數(shù)為</p><p>　　系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)為：上升時間tr<0.5s，穩(wěn)態(tài)誤差ess<5%，最大超調(diào)量Mp%<10%，幅值裕度Lg>20dB，相角裕度。</p><p><b>　　2 ?設(shè)計要求</b></p><p>　　（一）：了解使用 SISO 系統(tǒng)設(shè)

8、計工具（SISO Design Tool）進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　?。ǘ赫莆諗?shù)模轉(zhuǎn)換器的使用和連接。</p><p>　?。ㄈ毫私庵绷麟姍C(jī)的結(jié)構(gòu)和種類，以及它的調(diào)速性能。</p><p>　　三 ?設(shè)計方法及步驟</p><p>　?。?）將模型載入 SISO 設(shè)計工具</p><p>　　在MATL

9、AB命令窗口先定義好模型，代碼如下：</p><p><b>　　Num=1.5; </b></p><p>　　den=[1 14 40.02]；</p><p>　　G=tf(num,den) </p><p>　　輸入sisotool命令，通過file/import命令，將模型G載入SISO工具中，如圖所示：<

10、;/p><p>　?。?）調(diào)整補(bǔ)償器的增益</p><p>　　鼠標(biāo)移動到Bode幅值線上，按下鼠標(biāo)左鍵抓取Bode幅值線，向上拖動，釋放鼠標(biāo)，系統(tǒng)自動計算改變的系統(tǒng)增益和極點。既然系統(tǒng)要求上升時間tr<0.5s，應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)增益，使得系統(tǒng)的穿越頻率ωc位于3rad/s。這是因為3rad/s的頻率位置近似對應(yīng)于0.33s的上升時間。此時，系統(tǒng)增益為 34.8，如下 圖所示。 </p&

11、gt;<p>　　觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，可以看到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和上升時間已得到改善，但要滿足所有的設(shè)計指標(biāo)， 還應(yīng)加入更復(fù)雜的控制器。</p><p><b>　?。?）加入積分器</b></p><p>　　擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“Add Pole/Zero”下的“Integrator”菜單，系統(tǒng)加入一個積分器，系統(tǒng)的穿越頻率隨之改變，應(yīng)調(diào)整

12、補(bǔ)償器的增益將穿越頻率調(diào)整回3rad/s的位置，此時系統(tǒng)增益為108，如下圖所示： </p><p><b>　?。?）加入超前校正</b></p><p>　　在開環(huán) Bode 圖中點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Add Pole/Zero”下的“Lead”菜單，該命令將在控制器中添 加一個超前校正網(wǎng)絡(luò)。這時鼠標(biāo)的光標(biāo)將變成“X”形狀，將鼠標(biāo)移到 Bode 圖幅頻曲線上接近最右

13、端極 點的位置按下鼠標(biāo)。如圖所示：</p><p>　　從Bode圖中可以看出幅值裕度還沒有達(dá)到要求，還需進(jìn)一步調(diào)整超前環(huán)節(jié)的參數(shù)。 </p><p>　?。?）移動補(bǔ)償?shù)牧銟O點 </p><p>　　為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，將超前網(wǎng)絡(luò)的零點移動到靠近電機(jī)原來最左邊的極點位置，接下來將超前網(wǎng)絡(luò)的極點向右移動，并注意移動過程中幅值裕度的增長。如圖所示： </p&

14、gt;<p>　　從圖中可以看出，此時幅值裕度Lg=20.5dB，相角裕度，滿足要求，穿越頻率位于附近，觀察其階躍響應(yīng)，可以看到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和超調(diào)量均滿足要求，此時補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)為。</p><p>　　四 ?小結(jié)與設(shè)計收獲</p><p>　　轉(zhuǎn)眼間為期兩周的課程設(shè)計就結(jié)束了。這次的課程設(shè)計雖然困難重重，但是在短短的兩周內(nèi)，經(jīng)過組員的不斷探討，查找資料，終于完成了。在設(shè)

15、計中我們學(xué)到了很多，感受也頗多，尤其是團(tuán)隊合作精神！</p><p>　　在設(shè)計中我們還不斷學(xué)習(xí)了新知識，更深刻地掌握了自動控制這門課程，對SISO Design Tool 系統(tǒng)也更加熟悉。為了更清晰的了解直流電機(jī)的構(gòu)造和形狀還到附近的工廠去考察過，并且觀察到了大型直流電機(jī)在實際工作中的具體控制，認(rèn)識到在理論設(shè)計和實際控制中的差別。</p><p>　　總之在本次課程設(shè)計中不僅僅學(xué)習(xí)到

16、很多知識，而且鍛煉了我們實際能力，在人生道路上也是一次成長。</p><p>　　四 ?小結(jié)與設(shè)計收獲</p><p>　　1?自動控制原理 第三版（涂植英 陳今潤）</p><p>　　2?資天下網(wǎng) 電子電工類</p><p>　　3?電機(jī)與拖動基礎(chǔ) （湯天浩）</p><p>　　4?電機(jī)及自動控制系統(tǒng)實驗指導(dǎo)