KSD1型晶闸管直流随动控制系统的分析.docx

1、KSD1型晶闸管直流随动控制系统的分析前言 这次的课程设计是基于自动控制理论的，主要是练习自动控制系统的校正方法。本报告主要是采用老师课上所教的串联校正的方法：串联滞后校正，串联超前校正，串联滞后-超前校正。然后分别按照预定的系统指标进行设计，求出校正系统的传递函数，得出校正后系统的传递函数。最后通过matlab软件来加以验证校正好的系统的各项性能指标，若满足要求则求出校正系统的网络参数，否则返回去改变校正时选择的参数，继续校正直到符合要求为止。 在撰写报告的过程中可能会有许多不规范的地方，希望老师能指出错误。谢谢！ 编 者2014年3月自动控制理论课程设计任务书一、 题目：KSD1 型随动系

2、统实验装置的分析及校正。二、目的和要求：1、利用所学的反馈控制理论知识分析 KSD1型随动自动控制系统，并设计该系统的校正装置，使之满足给定的指标要求。通过本课程设计，加深对反馈控制理论的掌握、理解，并使之与实际联系相结合。2、培养对自动控制系统及其有关部件的分析研究、计算、校正、调试的能力。3、提高实验技能，了解设计步骤，培养学生分析问题和解决问题的能力。 三、设计内容：1、了解 KSD1 型晶闸管直流随动系统实验装置的总体结构、主要单元的作用和工作原理。2、求取各环节的数学模型。3、设计校正环节，使整个系统达到给定的性能指标。4、每个同学必须独立完成课程设计报告，并由指导教师进行质疑考核。

3、 四、课程设计报告内容：1、整个装置的工作原理及任务指标。2、主要环节数学模型的求取。3、校正装置的设计。4、整个装置性能指标的验算。5、校正网络的实现。6、收获体会和存在问题的分析。 五、工程图纸：1、校正网络电路图一张。2、伯德图一张。3、系统框图一张。 六、设计时间：一周。KSD-1型随动系统的工作原理和性能指标工作原理： KSD-1型随动系统实验装置是采用自整角机作为反馈元件，线性运算放大器作为放大元件。可控硅作为功率放大元件，直流伺服电机作为执行元件的小功率随动系统。为了改善系统的动态品质指标，采用了直流测速发电机反馈作为并联校正，用电压放大器作为有源串联校正器。本系统是采用电枢控制

4、直流伺服电机的随动系统，系统采用变压式自整角机对，用来测量两个机械的转角差，当系统静止时两个自整角机转子相对于三相绕组的夹角之差为零。两个自整角机处于平衡状态，自整角接收机的输出绕组没有电压输出，整个系统处于协调状态。假设系统有一输入角，这时，自整角机的转子相对于三相绕组的夹角差不为零，于是自整角接收机的输出绕组就输出误差电压，通过输出变压器加到全波桥式相敏整流器上，相敏整流器输出直流时，脉动很大，必须通过低通滤波器消除不必要的频率成分，取出近似正比于误差角的直流有效讯号，（具有正、负极性）加到线性组件的反向输出端，经过电压放大后，加到同相器TX和反相器PX的同相和反相输入端作为可控硅（简称S

5、、C、R），控制角的控制信号，经触发线路或产生触发脉冲，去触发可控硅，有可控硅功率放大器输出控制伺服电动机转动，经过减速器i同时带动自整角接收机的转子转动，直至跟上的转角后，系统重新处于平衡，为了使系统正常工作，改善系统的动态品质，必须加入串联校正装置或并联校正装置。校正后系统性能指标： （1）输入轴最大变化速度50度/秒，最大角加速度50度/秒。（2）静态误差不大于0.5度。（3）震荡次数小于2次。 （4）超调量30% 。（5）调节时间0.7秒。（6）系统速度误差1度（最大速度为50度/秒）。r=50t（7）执行电动机参数。 执行电机类型型号功率电流电压转速激磁电压直流执行电动机S56916

6、0瓦2.2安110伏3300转/分110伏主要环节数学模型 1、敏感元件自整角机 本系统采用图1所示的变压器式自整角机对，用来测量两个机械轴的转角差。 自整角机发送机的转子与输入轴相接。接收机的转子和系统输出轴相连，自整角机对必须事先校正零位。图1变压式自整角机对的原理图 确定自整角机对的传递函数 假设系统的输入角为，系统的输出角为，角为系统误差角，即，如图1所示。 设在的激磁绕组上加交流电压 （1） 则在接收机的变压器绕组上输出的感应电势为 （2） 接收机的感应电势是一个调幅的载波信号，载波频率与发送机激磁电源频率相同，在工频情况下f=50周/秒，自整角机的输出特性如图2所示。 由图2（b）

7、可见，输出电压的有效值是失调角的正弦函数（图中包络虚线）即 （3） 通常随动系统工作期间，失调角（绝对值）是比较小的，其输出电压曲线可以看成直线，（3）式可近似写成 （4） 由此可见，自整角机对的传递函数可看成是一个线性放大环节，即在处的斜率 （5）图2 自整角机对的输出特性 因此，可用实验测得其输出特性如下，和分别为N404和CC405。误差角（度） 12 9 6 3 0 3 6 9 12 输出电压(伏) 9 6.6 4.3 2.3 0.4 1.9 4.1 6.4 8.8 3 3 3 3 3 3 3 32.4 2.3 2.3 1.9 1.5 2.2 2.3 2.4 取其增量的平均值，则有： 伏/度 换算成弧度伏/度= 40伏/弧度 2、相敏整流元件与低通滤波器 系统相敏整流元件选用的是二极管全波桥式相敏整流器，相敏整流的特点是输出直流电压的极性能反映输入交流信号的相位，输入控制信号为自整角机变压器输出电压，交流同步电压U为参考电压。 实验测得相敏整流电路的输入输出特性，相敏整流器的传递函数可以测量结果得出（取线性范围内）图3 相敏整流器与滤波器测量示意图0 0.6 1 1.6 2 0.60.4 0.60.4 0 0.476 1.1 2.1 2.6 0.476 0.62410.5相敏整流器的传递函数为