自控课设报告Word文件下载.docx

1、关键词:直流调速系统 matlab 仿真 Abstract DC motors with good speed performance and startup performance, with wide speed range, smooth stepless speed regulating characteristic enables frequent infinitely fast start, brake and reverse; overload capacity, able to withstand frequent shock load; various special ope

2、rating automated production system can meet the requirements.While DC generator can provide no pulse of high power DC power supply, and can precisely adjust and control the output voltage. This design first for overall system design of DC motor speed regulation system, and then determine the individ

3、ual parameters, when after you clear the system transfer function, stability analysis, on the basis of stability, tuning to meet design requirements. In addition, also using MATLAB as a tool in the design process, system simulation, with concise and intuitive and convenient design process.Key word：D

4、C speed-regulating system MATLAB Simulation目录引言- 41 设计任务- 41.1设计题目- 41.2设计要求- 42 设计原理- 42.1调速系统的结构原理- 42.2调速系统建模- 43 系统部件特性测试- 53.1主要设备仪器- 53.2功率放大器特性测定- 53.4电动机死区电压Ui测定- 53.5 电动机时间常数Tm测定- 53.6 电动机传递系数Km测定- 64 未校正系统阶跃响应- 65 系统校正设计- 76 校正后系统的matlab仿真- 77 电路设计及参数选择- 88 电路板制作及调试- 88.1 电路板的制作- 88.2 硬件的调

5、试- 88.3 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.

6、 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%，Mp5% 。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2.12.2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

7、放输出端接R，用毫伏表测量输出端电压幅值。则Ke=V0/Vin=2.43.3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m和传递函数m，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1234反向 电压/v2.22.0

8、2.32.41.83.5 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，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/v51012Ts/ms244220208Tm/ms8280Tm平均值/ms3.6 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t。因此，电动机的传递系数：Ua/vUt/v8.1620.

9、427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：% =（1-1）/1*100%=0% 、s= 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）*

10、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6.27 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

11、.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，

12、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