自動控制原理課程設計---直流電機調速系統(tǒng)

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

2、p><p>　　二 ?設計任務與要求……………………………3</p><p>　　1 ?設計任務……………………………………………3</p><p>　　2 ?設計要求……………………………………………3</p><p>　　三 ?設計方法及步驟……………………………4</p><p>　　1 ?設計方法………………………

3、……………………5</p><p>　　2 ?設計步驟………………………………………………7</p><p>　　四 ?小結與設計收獲……………………………8</p><p>　　五 ?參考文獻……………………………………8</p><p><b>　　一 ?設計目的</b></p><p>　　

4、直流電機是電機的主要類型之一。一臺直流電機既可以作為直流電動機，又可以作為直流發(fā)電機使用。由于其具有良好的調速特性，在許多調速性能要求的場合仍能得到廣泛的運用。直流電機是人類最早發(fā)明和應用的一種電機。直流電機是將直流電轉換成機械能，與交流電機相比較，雖然直流電機結構復雜，維護困難，價格比較貴等缺點制約了它的發(fā)展，應用不如交流電機廣泛。但由于直流電機有優(yōu)良的啟動，調速和制動性能，因此在工業(yè)領域中仍占有一席之地。這次我們設計的就是他勵直流電

5、動機的調速系統(tǒng)，來進一步了解直流電機的調速。直流電機結構如圖（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</b></p><p>　　二 ?設計任務與要求</p><p><b>　　1 ?設計任務</b

6、></p><p>　　使用SISO　 Design　Tool設計直流電機調速系統(tǒng)。典型電機結構示意圖如圖3所示，控制系統(tǒng)的輸入變量為輸入電壓，系統(tǒng)輸出是電機負載條件下的轉動角速度?，F(xiàn)設計補償器的目的是通過對系統(tǒng)輸入一定的電壓，使電機帶動負載以期望的角速度轉動，并要求系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。</p><p>　　圖 3 直流電動機調速系統(tǒng)</p><p>　　

7、直流電機動態(tài)模型本質上可以視為典型二階系統(tǒng)，設某直流電機的傳遞函數(shù)為</p><p>　　系統(tǒng)的設計指標為：上升時間tr<0.5s，穩(wěn)態(tài)誤差ess<5%，最大超調量Mp%<10%，幅值裕度Lg>20dB，相角裕度。</p><p><b>　　2 ?設計要求</b></p><p>　?。ㄒ唬毫私馐褂?SISO 系統(tǒng)設

8、計工具（SISO Design Tool）進行系統(tǒng)設計。</p><p>　?。ǘ赫莆諗?shù)模轉換器的使用和連接。</p><p>　　（三）：了解直流電機的結構和種類，以及它的調速性能。</p><p>　　三 ?設計方法及步驟</p><p>　?。?）將模型載入 SISO 設計工具</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>　?。?）調整補償器的增益</p><p>　　鼠標移動到Bode幅值線上，按下鼠標左鍵抓取Bode幅值線，向上拖動，釋放鼠標，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，應調整系統(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，可以看到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和上升時間已得到改善，但要滿足所有的設計指標， 還應加入更復雜的控制器。</p><p><b>　　（2）加入積分器</b></p><p>　　擊鼠標右鍵，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，應調整

12、補償器的增益將穿越頻率調整回3rad/s的位置，此時系統(tǒng)增益為108，如下圖所示： </p><p><b>　　（3）加入超前校正</b></p><p>　　在開環(huán) Bode 圖中點擊鼠標右鍵，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。這時鼠標的光標將變成“X”形狀，將鼠標移到 Bode 圖幅頻曲線上接近最右

13、端極 點的位置按下鼠標。如圖所示：</p><p>　　從Bode圖中可以看出幅值裕度還沒有達到要求，還需進一步調整超前環(huán)節(jié)的參數(shù)。 </p><p>　?。?）移動補償?shù)牧銟O點 </p><p>　　為了提高系統(tǒng)的響應速度，將超前網(wǎng)絡的零點移動到靠近電機原來最左邊的極點位置，接下來將超前網(wǎng)絡的極點向右移動，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，可以看到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和超調量均滿足要求，此時補償器的傳遞函數(shù)為。</p><p>　　四 ?小結與設計收獲</p><p>　　轉眼間為期兩周的課程設計就結束了。這次的課程設計雖然困難重重，但是在短短的兩周內，經(jīng)過組員的不斷探討，查找資料，終于完成了。在設

15、計中我們學到了很多，感受也頗多，尤其是團隊合作精神！</p><p>　　在設計中我們還不斷學習了新知識，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的構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在實際工作中的具體控制，認識到在理論設計和實際控制中的差別。</p><p>　　總之在本次課程設計中不僅僅學習到

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 ?小結與設計收獲</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?電機與拖動基礎 （湯天浩）</p><p>　　4?電機及自動控制系統(tǒng)實驗指導