自控课设报告Word文件下载.docx
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关键词:
直流调速系统matlab仿真
Abstract
DCmotorswithgoodspeedperformanceandstartupperformance,withwidespeedrange,smoothsteplessspeedregulatingcharacteristicenablesfrequentinfinitelyfaststart,brakeandreverse;
overloadcapacity,abletowithstandfrequentshockload;
variousspecialoperatingautomatedproductionsystemcanmeettherequirements.WhileDCgeneratorcanprovidenopulseofhighpowerDCpowersupply,andcanpreciselyadjustandcontroltheoutputvoltage.
ThisdesignfirstforoverallsystemdesignofDCmotorspeedregulationsystem,andthendeterminetheindividualparameters,whenafteryouclearthesystemtransferfunction,stabilityanalysis,onthebasisofstability,tuningtomeetdesignrequirements.
Inaddition,alsousingMATLABasatoolinthedesignprocess,systemsimulation,withconciseandintuitiveandconvenientdesignprocess.
Keyword：
DCspeed-regulatingsystemMATLABSimulation
目录
引言-----------------------------------------------------------------4
1设计任务----------------------------------------------------------4
1.1设计题目----------------------------------------------------------4
1.2设计要求----------------------------------------------------------4
2设计原理----------------------------------------------------------4
2.1调速系统的结构原理------------------------------------------------4
2.2调速系统建模------------------------------------------------------4
3系统部件特性测试------------------------------------------------5
3.1主要设备仪器------------------------------------------------------5
3.2功率放大器特性测定------------------------------------------------5
3.4电动机死区电压Ui测定---------------------------------------------5
3.5电动机时间常数Tm测定---------------------------------------------5
3.6电动机传递系数Km测定---------------------------------------------6
4未校正系统阶跃响应---------------------------------------------6
5系统校正设计----------------------------------------------------7
6校正后系统的matlab仿真---------------------------------------7
7电路设计及参数选择---------------------------------------------8
8电路板制作及调试------------------------------------------------8
8.1电路板的制作------------------------------------------------------8
8.2硬件的调试--------------------------------------------------------8
8.3问题与解决方法----------------------------------------------------9
总结-----------------------------------------------------------------9
参看文献------------------------------------------------------------10
附录-----------------------------------------------------------------11
引言
随着科学技术的进一步发展，自动控制已广泛地用于工业、农业、商业、军事等各领域，成为现代技术的重要组成部分。
本课程设计是自动控制原理课程学习的一个重要环节，我们的设计内容是以一个“直流调速系统”为研究对象，综合应用控制原理所学的理论和已掌握的实验技能，按着给定的性能指标，独立地分析设计并通过实验研究、调试出一个符合性能指标的电机调速系统。
通过该实践环节，提高自己的分析问题和解决实际问题的能力，巩固和应用所学的知识，提高实践能力，把理论跟实践很好结合起来。
1设计任务
1.1设计题目
直流电机调速系统设计
1.2设计要求
1.按照给定的性能指标，分析并建立实际电路模型并对其实验仿真。
2.测试电机参数，建立电机模型，并根据系统的性能指标设计校正网络，对已设计的电路优化，并进行实验仿真。
3.性能指标：
控制精度+1%，Mp≤5%。
4.控制范围：
0~最大转速。
5.制作PCB板并进行调试改进，制作出满足指标要求的调速系统。
2设计原理
2.1调速系统的结构原理
图2.1
2.2调速系统建模
图2.2系统原理框图
3系统部件特性测试
3.1主要设备仪器
1.直流稳压电源
2.数字存储示波器1台
3.数字万用表1块
4.直流电机及测速机1台
3.2功率放大器特性测定
将输入电压接到功放输入端，并用万用表输入信号幅值，功放输出端接R，用毫伏表测量输出端电压幅值。
则Ke=V0/Vin=2.4
3.3电动机的传递函数
因控制电机电枢绕组电感电动机转子惯量影响很小，在建立电动机的数学模型时，常将电枢绕组的电感忽略不计。
这样，电动机的传递函数可近似用下式表示：
式中——电机的输入电压——电动机输入的角速度。
因此，确定了电动机的时间常数Ｔm和传递函数Ｋm，电动机的传递函数即被确定。
3.4电动机死区电压Ui测定
将稳压电源置于最小档，合上开关，慢慢增大到电机刚刚转动，读下这时的Ui，将电机的起始位置防在及格不同角度，重复实验。
将输入电压反极性重复上述实验，可得到两个转动方向的死区电压平均值和最大值。
正向
1
2
3
4
反向
电压/v
2.2
2.0
2.3
2.4
1.8
3.5电动机时间常数Tm测定
在开环系统中，由于放大器都可以认为是无惯性环节，直接操纵开关Ｋ对电动机施加阶跃输入作用，将测速发电机的输出电压接到存贮示波器保存，记录电动机转速变化的阶跃响应曲线。
根据这条曲线从0上升到稳态值的0.632倍的时间即是Tm。
记录阶跃响应曲线时，间断操作时间开关Ｋ，输入不同幅值的阶跃信号，记录不同输入对应的Tm值。
带大惯性轮负载
Vin/v
5
10
12
Ts/ms
244
220
208
Tm/ms
82
80
Tm平均值/ms
3.6电动机传递系数Km测定
直接利用直流测速发电机来测量转速,该测速发电机的传递函数系数Ｋt＝１。
因此，电动机的传递系数：
Ua/v
Ut/v
8.16
20.4
27
得出:
Km=2
所以原系统的开环传递函数为：
G（s）=km/[s*（Tm*s+1）]=2/[s*（0.08s+1）]
4未校正系统阶跃响应
图4.1
图4.2
如图4.2所示为原系统的闭环阶跃响应：
σ%=[（1-1）/1]*100%=0%、ｔs=2s
所以原系统无超调，但调节时间太大，需要进行校正。
5系统校正设计
通过引入比例环节，能迅速反应误差，减少稳态误差，减少调节时间。
引入微分环节能抑制误差，防止过冲而导致振荡。
所以选择超前校正环节对系统进行校正，利用PD的相角超前特性，改善系统的动态性能。
PD校正器的传递函数为:
Gc（s）=k*（1+as）/（1+bs）
选a=0.08,
则G（s）*Gc（s）=2k/[s*（bs+1）]
系统的特征方程为：
bs*s+s+2k=0
用matlab仿真，反复进行试验，更换参数
得出校正器的传递函数为:
Gc（s）=4.8*（1+0.08s）/（1+0.03s）
6校正后系统的matlab仿真
图6.1
图6.2
7电路设计及参数选择
图7.1校正环节电路
图7.2衰减、滤波电路
8电路板制作及调试
8.1电路板的制作
实际电路中，采用LM324四运放，双电源供电，提高了精度。
做pcb时，加粗线路，并且敷铜，提高电路板抗干扰能力。
采用盐酸与双氧水混合液腐蚀板子。
双面覆铜，提高抗干扰性。
涂上酒精松香溶液，防止线路氧化。
8.2硬件的调试
检测电路：
1.检查原理图与PCB图是否一致；
2.检查原理图连接是否正确；
3.检查原理图与器件的引脚是否一致；
4.用万用表检查是否有虚焊，引脚短路现象软件的调试要和硬件配合进行，往往问题可能不是硬件上的。
经调试，硬件系统运行良好。
5．在电路板的调试过程中，首先是出现了一些电路板的制作问题，基本都是一些断线与虚焊问题，在细心的排查后，电路已经正常。
6.阶跃响应图
8.3问题与解决方法
在实验过程中不免遇到各种问题，需要认真观察与分析，排除各种问题。
在实验过程中，首先要检查线路是否短路断路，电源是否正常，各个芯片是否正常工作。
然后再一个一个模块测试，查看各模块是否正常工作和出现的各种误差。
最后再组成系统，进行调试，测量系统的性能指标。
在接成闭环反馈系统之前，一定要判断好反馈的极性，当极性为负时才能接成闭环反馈系统。
如果出现电机在调速运转，应该查看线路是否正常，电机是否接反。
理论设计好的电路参数，接到实际系统中还需要慢慢调试，更改参数以达到性能指标要求。
如果电路出现振荡，应该减小比例增益，或者增大微分系数。
调节时间过大，可以增大比例系数，加快反应速度。
超调过大，可以增大微分系数，减少超调量。
总结
通过课程设计，使我掌握了调速系统的基本原理和组成，巩固了自动控制原理知识，掌控了自动控制原理在实际中的应用。
提高了对控制系统的理论分析与设计能力，提高了自己的实践动手能力。
但是这个课程设计应该还得改进和提高，由于原系统是采用实验箱，各个模块也已经给出，限制了学生对整个系统的深入理解和创新能力，同时也出现了学生之间电路的雷同和实验参数的雷同，我认为应该让学生自行设计整个系统，并对自己设计的系统进行测量与校正，以提高学生的项目能力和创新能力。
参考文献
[1]胡寿松自动控制原理北京：
国防工业出版社
[2]章燕申控制系统的设计与实践北京：
清华大学出版社
[3]魏克新MATALAB语言与自动控制系统设计北京：
机械工业出版社
[4]黄忠霖控制系统MATLAB设计与仿真北京：
[5]谢自美电子线路设计．实验．测试武汉：
华中科技大学出版社
附录
用PROTEL99SE设计原理图
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