1、設(shè)計(jì)報(bào)告正文第一章 直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)的組成原理1.1 廣義對象的組成原理1.1.1 被控對象直流電動機(jī)工作原理和被控制量1、被控對象：電動機(jī)被控量：電動機(jī)的轉(zhuǎn)速2、直流電動機(jī)的原理：基于電磁感應(yīng)定律，即：運(yùn)動導(dǎo)體切割磁力線，在導(dǎo)體中產(chǎn)生切割電勢；或者說匝線鏈線圈的磁通發(fā)生變化，在線全中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。N極下到導(dǎo)體中的電流流出紙面，用表示。S極下到導(dǎo)體中的電流流出紙面，用表示載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用。如果導(dǎo)體在磁場中的長度為L，其中流過的電流為i,導(dǎo)體所在的磁通密度為B，那么導(dǎo)體受到的磁力的值為 F=BLI 式中，F(xiàn)的單位為牛頓N）；B的單位為韋伯/M2Wb/m2）。L的單位為M

2、m）；I的單位為安A）；力F的方向用左手定則來確定。1.1.2功率放大器的組成原理功放的作用是通過對控制信號的功率放大以產(chǎn)生足夠的功率來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。功率放大器的工作原理就是利用三極管的電流控制作用或場效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率將電源轉(zhuǎn)換為按照輸入信號變化的電流。因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌l率的波，即流信號電流，三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的倍，是三極管的交流放大倍數(shù)。應(yīng)用這一點(diǎn)，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的倍，然后將這個(gè)信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流_-輸出nG(sG(s=Gn(s= 可以消除干擾）1.2.1.2測試過程與方法時(shí)域法：通過測量對應(yīng)特定輸

3、入信號的系統(tǒng)輸出響應(yīng)，來確定系統(tǒng)的 傳遞函數(shù)。 按t1/t2的值估計(jì)結(jié)構(gòu)形式i. 當(dāng)t1/t2=,T=，附加e-ts(時(shí)間死區(qū)延遲ii. 當(dāng)0.32T1/T2=, T1+T2=(t1+t2/2.16, T1T2/iii. t1/t2=0.46,G(S=K/(ToS+12，To=iv. t1/t20.46,G(S=K/(TS+1n，n=+0.5）2 n為整數(shù)T=1.2.1.3測試結(jié)果曲線轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)分時(shí)的曲線：T1時(shí)刻三張截圖:T2時(shí)刻的三張截圖:N0）及N）的截圖:當(dāng)前 轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)值CC(0+C(0=1660 0.4C(C(0+C(0=1074 計(jì)算得： 綜上，系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型可近似為二階慣性系

4、統(tǒng)系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：第二章 單閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)分析計(jì)算2.1 未校正閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖簡單模型建立的步驟有：1建立模型窗口。2）將功能模塊由模塊庫窗口復(fù)制到模型窗口，對模塊進(jìn)行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模塊。D/A電壓放大功率放大開關(guān)直流電機(jī)2.2 未校正系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析一、 未加校正時(shí)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析用勞斯判據(jù)：s2 0.00003949 1s1 0.037 0s0 0.037 0可以判斷出系統(tǒng)穩(wěn)定。二、 未加校正時(shí)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 圖2.1 穩(wěn)態(tài)誤差分析圖(1.峰值時(shí)間tp 階躍響應(yīng)曲線第一次越過穩(wěn)態(tài)值而達(dá)到峰點(diǎn)需要的時(shí)間。(2.超調(diào)量% 階躍相應(yīng)超出穩(wěn)態(tài)值的

5、最大偏差量與穩(wěn)態(tài)值之比的百分?jǐn)?shù)，即%= 100%式中為h為h(t的穩(wěn)態(tài)值；若h(=1時(shí)，超調(diào)量即為%。一般情況下，超調(diào)量愈大，系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)振蕩得越厲害，因此，超調(diào)量的大小在一定程度上反映了系統(tǒng)振蕩的趨勢。(3.調(diào)節(jié)時(shí)間ts 響應(yīng)到達(dá)并停留在穩(wěn)態(tài)值的5%誤差范圍內(nèi)所需的最小時(shí)間。調(diào)節(jié)時(shí)間又稱為過渡過程時(shí)間。(4.延遲時(shí)間td 響應(yīng)曲線h.上升時(shí)間tr 響應(yīng)曲線第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間，叫做上升時(shí)間。(6.穩(wěn)態(tài)誤差ess 當(dāng)時(shí)間t趨于無窮時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的希望值與實(shí)際值之差，叫做穩(wěn)態(tài)誤差。由于穩(wěn)態(tài)誤差與輸入形式有關(guān)，故這里采用一般表示形式，設(shè)輸出穩(wěn)態(tài)希望值用cr）表示，輸出穩(wěn)態(tài)實(shí)際值用c）

6、表示，則穩(wěn)態(tài)誤差表達(dá)式為： ess= cr）- c） 上述六項(xiàng)性能指標(biāo)中，延遲時(shí)間td，上升時(shí)間tr和峰值時(shí)間tp均表征系統(tǒng)響應(yīng)初始段的快慢；調(diào)節(jié)時(shí)間ts表征系統(tǒng)過渡過程持續(xù)的時(shí)間，從總體上反映了系統(tǒng)的快速性；超調(diào)量%是反映系統(tǒng)響應(yīng)過程的平穩(wěn)性；穩(wěn)態(tài)誤差則反映了系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)輸入信號的最終穩(wěn)態(tài)）精度。今后我們側(cè)重以超調(diào)量，調(diào)節(jié)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差這三項(xiàng)指標(biāo)，分別評價(jià)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的平穩(wěn)性，快速性和穩(wěn)態(tài)精度。如果某些系統(tǒng)要求響應(yīng)過程單調(diào)上升，并逐步逼近希望值，即cr= c），也就是要求%=0, ess=0時(shí)，則對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和元，部件參數(shù)均有嚴(yán)格要求。因此，根據(jù)不同的具體情況，不同的系統(tǒng)，對穩(wěn)，準(zhǔn)，快的

7、要求可以不同。一般來說，對同一個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)，準(zhǔn)，快是相互制約的。提高過程的快速性，可能會引起系統(tǒng)的強(qiáng)烈振蕩；改善了系統(tǒng)的平穩(wěn)性，過程又可能很滯緩，甚至使用、穩(wěn)態(tài)精度很低，如何來分析和解決這些矛盾，將是此次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。2.3 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算ess=s=2000=10rad2.4 系統(tǒng)動態(tài)質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算2.4.1 用閉環(huán)零、極點(diǎn)分布表計(jì)算，將傳遞函數(shù)化為零極點(diǎn)式：其中：%= 100%=0ess=10rad2.4.2 用開環(huán)、表計(jì)算，未加校正系統(tǒng)Bode圖第三章 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的校正3.1 校正方式的比較與選擇選PI校正：（1） 附加負(fù)實(shí)根極點(diǎn)，使%減小，使系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，tp增大。（2） 附加

8、負(fù)實(shí)根零點(diǎn)，使%增加，使系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，tp減小。（3） 閉環(huán)增益改變，對動態(tài)性能無影響。 4）加比例環(huán)節(jié)可以提高系統(tǒng)增益。連續(xù)模塊3）離散的模塊4）函數(shù)和表格5）算術(shù)運(yùn)算6）非線性模塊7）匯出點(diǎn)8）信號與系統(tǒng)9）子系統(tǒng)3、 將功能模塊由模塊庫窗口復(fù)制到模型窗口，對模塊進(jìn)行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型。4、用示波器觀察控制系統(tǒng)Simulink仿真結(jié)果轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)的仿真程序4.1 未加校正裝置的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的仿真分析計(jì)算單位階躍響應(yīng)MATLAB仿真由圖得：ess=0, =0, ts =0.19s4.2 加串聯(lián)校正裝置時(shí)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真結(jié)果分析： 由圖得： ess =3.7%， =0 t

9、s=0.16s經(jīng)過給系統(tǒng)加PI校正，仿真后，由仿真結(jié)果可知系統(tǒng)的延遲得到改善,基本上消除了延遲環(huán)節(jié),系統(tǒng)ts0.5s, %5%， 說明所加的校正裝置改善了原來系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo).所選的參數(shù)也基本符合要求.，但出現(xiàn)了靜態(tài)誤差。一般我們所選的參數(shù)都大于實(shí)際值.這是機(jī)器和數(shù)據(jù)傳輸中產(chǎn)生的誤差,我們可以忽略.第五章轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的校正裝置實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試5.1 校正裝置的實(shí)現(xiàn)5.1.1 用模擬運(yùn)算放大電路實(shí)現(xiàn)線路圖、電阻電容初步選擇）電路形式：5.1.2 計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)校正校正裝置的差分方程）數(shù)字PI調(diào)節(jié)規(guī)律數(shù)字化。PI微分方程 位置式：增量式：5.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行5.2.1 模擬控制系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行

10、5.2.1.1實(shí)驗(yàn)連接線路圖5.2.1.2調(diào)試步驟將數(shù)學(xué)模型換成電機(jī)，將加入的校正環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型），換成實(shí)際中的電機(jī)將原記錄的參數(shù)加入得到圖像，觀察是否與仿真后的圖像相吻合。5.2.1.3調(diào)試結(jié)果分析（1） 仿真測試不正確的）:不正確的數(shù)據(jù)：不正確的仿真圖：（2） 仿真測試不正確的）不正確的數(shù)據(jù)：不正確的仿真圖：（3） 仿真測試正確的）：正確的數(shù)據(jù)：正確的仿真圖：結(jié)果分析： 校正后電機(jī)轉(zhuǎn)速圖所選參數(shù)：Kp=1.2, Td=180msTi=0ms.由圖得：ess=0，=0ts=0.12s第六章 結(jié)束語6.1 課程設(shè)計(jì)的收獲和體會通過本次課程設(shè)計(jì)，我們將理論與實(shí)踐更好的聯(lián)系起來，通過不斷嘗試校正，不

11、斷修改參數(shù)，我們從中掌握了PID校正的一般規(guī)律，并且加深了對理論知識的理解。雖然針對自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果只用到了PI校正，但是，在實(shí)踐過程中我將PI,PD,PID校正都實(shí)踐了，因此收獲很大。 經(jīng)過本次自動控制原理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，我對MATLAB 當(dāng)中的SIMLINK 有了全新的認(rèn)識，那是一個(gè)用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。同時(shí)通過課程的學(xué)習(xí)，復(fù)習(xí)了SIMLINK 中的各個(gè)環(huán)節(jié)的操作，掌握了改變步長和算法的基本分析方法。作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，課程設(shè)計(jì)雖然安排在兩周進(jìn)行，但并不具有絕對獨(dú)立的意義。它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把課堂上學(xué)到得系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作，并從理論的高度對設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和想法。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到得有多大距離，并