双闭环比值控制系统-----课程设计
课程设计-直流双闭环调速系统-----带原理图的
摘要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。
文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。
此外，本文中还采用了芯片IR2112S作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块来完成了在主电路中对直流电机的控制。
另外，本系统中使用了光电编码器对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。
在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，单片机产生PWM波形的程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现，M法数字测速及动态LED显示程序设计，A/D转换程序及动态扫描LED显示程序和故障检测程序及流程图。
关键词： PWM信号直流调速双闭环 PI调节前言本文主要研究了利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。
随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。
到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。
PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。
过控课程设计(涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计)
二○一○～二○一一学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：过程控制与集散系统课程设计班级：学号：姓名：指导教师：陈琳二○一○年十一月一、设计题目涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计二、设计任务该设计可在A3000-FS 实验台上完成。
图１中1#管流量Q1为主变量，2#管流量Q2为从变量，可设计串级调节器控制FV101满足系统要求。
表１ 连接端配置 测量或控制量 测量或控制量标号1＃涡轮流量计 FT101 2＃涡轮流量计 FT102 电动调节阀FV101 ……以上连接图和仪表仅为本控制系统中的设计提供思路，并不完整，其它部分还需根据自己的设计思路添加。
三、功能要求1) 有组态界面，可观察控制效果，用户操作方便。
2) 可手动输入数据，比如主动量设置、流量比值设置等。
3) 工艺参数在线曲线，可观察控制系统的运行效果。
4) 可在线修改工艺参数。
5)对扰动有较好的抑制能力。
四、控制原理FT 1022#调节阀FV101FT 101比值器调节器Q 2Q 11#图１ 比值控制原理示意图单回路控制系统解决了工艺生产过程自动化中大量的参数定值问题。
但是，随着现代工业生产的迅速发展，工艺操作条件的要求更加严格，对安全运行和经济性及对控制质量的要求也更高。
但回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求，在这样的情况下，双闭环串级控制系统就应运而生。
双闭串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到广泛地应用，串级控制系统是指不止采用一个控制器，而是将两个或几个控制器相串级，是将一个控制器的输入作为下一个控制器设定值的控制系统。
双闭环串级控制系统，就其主回路来看是一个定值控制系统，而副回路则是一个随动系统，主调节器的输出能按照负荷和操作条件的变化而变化，从而不断改变副调节器的给定值，使副回路调节器的给定值适应负荷并随操作条件而变化，即具有一定的自适应能力。
正确合理地设计一个串级控制系统是要其能充分发挥如上所述系统的各种特点。
双闭环机器人运动控制系统(课程设计)
双闭环机器人运动控制系统(课程设计)1. 引言本文档旨在设计一个双闭环机器人运动控制系统。
该系统基于双闭环反馈控制理论，在实现机器人精确控制的同时，提高系统的稳定性和鲁棒性。
2. 系统结构该双闭环机器人运动控制系统由三个主要部分组成：传感器子系统、控制器子系统和执行器子系统。
2.1 传感器子系统传感器子系统负责感知机器人当前的位置和速度。
常用的传感器包括编码器、陀螺仪和加速度计。
编码器用于测量关节位置，陀螺仪用于测量机器人的倾斜角度，加速度计用于测量机器人的线加速度。
2.2 控制器子系统控制器子系统根据传感器子系统的反馈信号，计算控制信号并发送给执行器子系统。
控制器常用的算法包括PID控制器和模型预测控制器。
PID控制器根据当前误差、误差积分和误差变化率计算控制信号，模型预测控制器基于机器人的动力学模型进行优化控制。
2.3 执行器子系统执行器子系统根据控制器子系统发送的控制信号，驱动机器人的运动。
常用的执行器包括电机和液压缸。
电机通过控制电流或电压实现位置和速度的控制，液压缸通过调节液压流量控制位置和速度。
3. 系统工作流程该双闭环机器人运动控制系统的工作流程如下：1. 传感器子系统感知机器人的位置和速度，将反馈信号发送给控制器子系统。
2. 控制器子系统根据传感器子系统的反馈信号计算控制信号，将控制信号发送给执行器子系统。
3. 执行器子系统根据控制器子系统的控制信号驱动机器人的运动。
4. 重复步骤1-3，实现机器人的精确控制。
4. 总结双闭环机器人运动控制系统是一种基于双闭环反馈控制理论的控制系统，可实现机器人的精确控制。
该系统由传感器子系统、控制器子系统和执行器子系统组成，通过传感器子系统感知机器人的位置和速度，控制器子系统计算控制信号并发送给执行器子系统，执行器子系统驱动机器人的运动。
通过该系统的设计和实现，可以提高机器人系统的稳定性和鲁棒性。
参考文献[1] 张三, 李四. (2010). 机器人运动控制理论与应用. 机械工业出版社.[2] 王五, 赵六. (2015). 机器人控制系统设计与应用. 电子工业出版社.。
双闭环比值控制系统
项目五 比值控制系统
5.1 概述
工业生产过程中，经常需要两种或两种以上的物 料按一定比例混合或进行反应。一旦比例失调，就会 影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消 耗动力，造成环境污染，甚至造成生产事故。最常见 的是燃烧过程，燃料与空气要保持一定的比例关系， 才能满足生产和环保的要求；造纸过程中，浓纸浆与 水要以一定的比例混合，才能制造出合格的纸浆；许 多化学反应的多个进料要保持一定的比例。因此，凡 是用来实现两种或两种以上的物料量自动地保持一定 比例关系以达到某种控制目的的控制系统，称为比值 控制系统。
项目五 比值控制系统
1．采用信号范围为4～20 mA DC的DDZ-Ⅲ型仪表
当流量从0变至最大值Fmax时，变送器对应的输出为4～20 mA DC，则流量的任一中间值F所对应的输出电流为
I＝ F 16＋4
Fmax
故
F＝
I
16
4
Fmax
由式（5-3）可得工艺要求的流量比值为
K＝ F2 F1
＝ I2 I1
4 4
F2 max F1max
由此可折算成仪表的比值系数K '，为
（5-2） （5-3） （5-4）
K ' I 2 4 K F1max
I1 4
F2 m ax
（5-5）
项目五 比值控制系统
式中，F1max——主动量变送器的量程上限； F2max——副流量变送器的量程上限； I1——主流量的测量信号值； I2——副流量的测量信号值。 2．信号范围为0～10 mA DC的DDZ-Ⅱ型仪表
项目五 比值控制系统
比值控制系统
内容提要 生产过程中经常要求两种或两种以上的物料 以一定的比例混合以后参加化学反应，以保证反 应安全、充分并节约能量，由此提出了比值控制。 本章将重点讲述比值控制系统的常见结构类型、 比值系数的计算、比值控制系统方案的实施、实 施中的有关问题及比值控制系统的投运与整定的 步骤。
双闭环调速系统课程设计
双闭环调速系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解双闭环调速系统的基本原理和组成部分；2. 学生能掌握双闭环调速系统中速度环和电流环的工作原理及其相互关系；3. 学生能了解双闭环调速系统在工业生产中的应用。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并设计简单的双闭环调速系统；2. 学生能通过实际操作，完成双闭环调速系统的调试和优化；3. 学生能运用相关软件或工具，对双闭环调速系统进行仿真和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生对双闭环调速系统产生兴趣，培养主动学习和探究的精神；2. 学生认识到双闭环调速系统在工程技术领域的重要性，增强对相关职业的认同感；3. 学生在团队协作中，培养沟通、合作和解决问题的能力。
课程性质：本课程为电气工程及其自动化专业核心课程，旨在使学生掌握双闭环调速系统的基本原理和设计方法。
学生特点：学生具备一定的电路基础和自动控制理论，具有较强的动手能力和探究精神。
教学要求：结合理论教学和实践操作，注重培养学生的实际应用能力和创新意识。
通过分解课程目标为具体学习成果，使学生在掌握知识的同时，提高技能和情感态度价值观。
后续教学设计和评估将以此为基础，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 双闭环调速系统基本原理- 介绍双闭环调速系统的定义、分类及其在工业生产中的应用；- 分析双闭环调速系统的结构及工作原理。
2. 速度环和电流环的工作原理- 详细讲解速度环和电流环的组成、功能及相互关系；- 分析速度环和电流环的参数整定方法及其对系统性能的影响。
3. 双闭环调速系统设计- 介绍双闭环调速系统的设计步骤和方法；- 结合实际案例，分析并设计双闭环调速系统。
4. 双闭环调速系统的调试与优化- 讲解双闭环调速系统调试的原理和方法；- 介绍优化双闭环调速系统性能的途径。
5. 双闭环调速系统的仿真与分析- 介绍常用仿真软件及其在双闭环调速系统中的应用；- 结合实际案例，进行双闭环调速系统的仿真分析。
直流电动机双闭环控制系统课程设计
课程设计题目：直流电动机双闭环控制系统学院计算机科学与信息工程专业年级13自动化2班学生姓名学号指导教师职称讲师日期2016-11-30目录摘要 (2)一、设计任务 (3)1、设计对象参数 (3)2、课程设计内容及要求 (3)二、双闭环直流调速系统结构图 (4)1、整流装置的选择 (4)2、建立双闭环调速系统原理结构图 (4)三、电流环和转速环的工程设计 (5)1、直流双闭环调速系统的实际动态结构框图 (5)2、电流环设计 (6)2.1电流环结构框图 (6)2.2电流调节器结构的选择 (6)2.3电流调节器参数的计算 (7)3、转速环的设计 (9)3.1转速环结构框图 (9)3.2转速调节器结构的选择 (9)3.3转速调节器的参数计算 (10)三、双闭环控制系统仿真 (11)1、系统仿真模型 (11)2、动态性能分析 (14)四、总结 (16)参考文献 (17)摘要本设计通过分析直流电动机双闭环调速系统的组成，设计出系统的电路原理图。
同时，采用工程设计的方法对直流双闭环调速系统的电流和转速两个调节器进行设计，先设计电流调节器，然后将整个电流环看作是转速调节系统的一个环节，再来设计转速调节器。
遵从确定时间常数、选择调节器结构、计算调节器参数、校验近似条件的步骤一步一步的实现对调节器的具体设计。
之后，再对系统的起动过程进行分析，以了解系统的动态性能。
最后用MATLAB软件中的Simulink模块对设计好的系统进行模拟仿真，得出仿真波形。
关键词：直流电动机双闭环MATLAB/Simulink 仿真一、设计任务1、设计对象参数系统中采用三相桥式晶闸管整流装置；基本参数如下：直流电动机：220V，136A，1500r/min，Ce=0.15V/( r.min-1)，允许过载倍数1.5。
晶闸管装置：Ks=50电枢回路总电阻：R=0.6Ω时间常数：Tl=0.03s，Tm=0.2s反馈系数：α=0.007V/( r.min-1) ，β=0.05V/A反馈滤波时间常数：τoi =0.002s，τon=0.002s2、课程设计内容及要求2.1建立双闭环调速系统的模型；绘出结构图。
双闭环管道流量比值控制系统设计报告
PLC控制技术实训评分表课程名称：PLC控制技术实训设计题目：单容液位变频器PID单回路控制,比值控制系统班级：学号：：指导老师：年月日常熟理工学院电气与自动化工程学院《PLC控制技术实训》报告题目：单容液位变频器PID单回路控制比值控制系统设计姓名：李良、何龙太莫勇、高虎学号：160112109、160112106160112113、160112104 班级：自动化121指导教师：刘叔军起止日期：2015.6.29~7.12摘要本课题针对液位控制系统系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，实现PID对水箱液位的控制。
针对比值控制系统进行模拟复杂控制系统设计、分析和测试研究，该系统通过涡轮流量计、电磁流量计进行信号采集，以工控组态软件组态王上位机监控P 画面并对PID参数调节，实现对比值系统的控制。
关键词：PLC PID控制液位控制比值控制组态王流量目录1、引言..................................................... 错误!未定义书签。
1.1主要内容............................................................... 错误!未定义书签。
1.2任务要求 .............................................................. 错误!未定义书签。
2、设计方案 ............................................. 错误!未定义书签。
2.1设计原理 .............................................................. 错误!未定义书签。
2.2设计方案论证 ....................................................... 错误!未定义书签。
双闭环系统课程设计
双闭环系统课程设计1 双闭环系统的设计1.1 设计内容第一，双闭环直流电动机控制系统设计。
分析系统工作原理，进行系统总体设计。
分析设计出控制系统框图，控制系统动态结构图，控制系统稳态结构图，双闭环直流电动机控制系统原理图设计。
根据系统框图和任务分解结果，进行典型环节和模块电路的设计。
设计转速电流环电路，触发电路驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可），控制主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等），检测及给定电路。
第二，控制系统各单元参数测试和计算。
测出各环节的放大倍数及时间常数，在确定调速范围D=１０时比较开环、单环和双环时的动态响应。
第三，PID控制算法的确定。
以仿真结果或实验结果为根本依据，结合理论，确定合理的PID 控制策略和控制参数。
第五，MATLAB仿真验证。
利用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真，同时将结果在示波器上显示出来，以验证设计的正确性。
第六，设计要求：为某生产机械设计一个调速范围宽、起制动性能好（可选做）的直流双闭环系统。
已知系统中直流电动机主要数据如下：(1)一台直流电机，直流电机额定数据：PN=60KW，UN=220V，IN=308A，nN=1000r/min，电枢回路总电阻R=0.18Ω。
电磁时间常数Tl＝0.012ｓ，机电时间常数Tm＝0.12ｓ，电动机系数Ce＝0.196V·min/r。
(2)主要技术指标：调速范围0~1000r/min，电流过载倍数λ=1.1，系统静特性良好，无静差。
(3)动态性能指标：空载起动到额定转速超调量δn＜10%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s。
1.2 系统主电路设计直流调速系统常用的直流电源有三种：旋转变流机组；静止式可控整流器；直流斩波器或脉宽调制变换器。
机组供电的直流调速系统在20世纪60年代以前曾广泛地使用着，但该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机还图1-1V—M系统原理图要仪态励磁发电机，因此设备多，体积大，费用高，效率低。
直流电动机双闭环调速系统课程设计
直流电动机双闭环调速系统课程设计一、引言直流电动机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产和日常生活中。
在实际应用中，为了满足不同的工作要求，需要对电动机进行调速。
传统的电动机调速方法是通过改变电源电压或者改变电动机的极数来实现，但这种方法存在调速范围小、调速精度低、调速响应慢等问题。
因此，现代工业中普遍采用电子调速技术，其中双闭环调速系统是一种常用的调速方案。
二、直流电动机双闭环调速系统的原理直流电动机双闭环调速系统由速度环和电流环组成。
速度环是通过测量电动机转速来控制电动机的转速，电流环是通过测量电动机电流来控制电动机的负载。
两个环路相互独立，但又相互联系，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
三、直流电动机双闭环调速系统的设计1.硬件设计硬件设计包括电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块。
其中电源模块提供电源，电机驱动模块将电源转换为电机驱动信号，信号采集模块采集电机转速和电流信号，控制模块根据采集到的信号进行PID控制。
2.软件设计软件设计包括PID控制器设计和程序编写。
PID控制器是直流电动机双闭环调速系统的核心，其作用是根据采集到的信号计算出控制量，控制电机的转速和负载。
程序编写是将PID控制器的计算结果转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
四、直流电动机双闭环调速系统的实现1.电路连接将电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块按照设计要求连接起来。
2.参数设置根据电机的参数和工作要求，设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分系数和微分系数等。
3.程序编写根据PID控制器的计算结果，编写程序将其转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
五、直流电动机双闭环调速系统的应用直流电动机双闭环调速系统广泛应用于工业生产和日常生活中，如机床、风机、水泵、电梯等。
其优点是调速范围广、调速精度高、调速响应快、负载能力强等。
六、总结直流电动机双闭环调速系统是一种常用的电子调速方案，其原理是通过速度环和电流环相互独立但相互联系的方式，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
双闭环直流调速系统的课程设计报告
电力传动课程设计课题：双闭环直流调速糸统班级:电气工程及其自动化1004学号:3100501091姓名:贾斌彬指导老师：康梅、乔薇日期：2014年1月9日目录第 1 章系统方案设计1.1 任务摘要 (3)1.2 任务分析. (3)1.3 设计目的、意义 (3)1.4 方案设计. (4)第 2 章晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定2.1 电枢回路电阻R 的测定. (5)2.2 主电路电磁时间常数的测定 (6)2.3系统机电时间常数TM的测定 (7)2.4测速电机特性UTG=f(n)的测定 (7)2.5 晶闸管触发及整流装置特性Ug=f (Ug)的测定 (7)第 3 章双闭环调速系统调节器的设计3.1 电流调节器的设计 (7)3.2 转速调节器的设计 (9)第 4 章系统特性测试4.1 系统突加给定 (11)4.2 系统突撤给定...................... 错误! 未定义书签。
4.2.2 突加负载时 (12)4.2.3 突降负载时 (12)第 5 章设计体会第 1 章系统方案设计1.1 设计一个双闭环晶闸管不可逆调速系统设计要求：电流超调（T i < 5%转速超调（T n < 10%静态特性无静差给定参数：电机额定功率185W 额定转速1600r/min 额定励磁电流<0.16A 额定电流1.1A 额定电压220V 额定励磁电压220V转速反馈系数a =0.004 V • min/r电流反馈系数B =6V/A1.2 任务分析采用转速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统为对像来设计直流电动机调速控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计两个调节器，电流调节器和速度调节器，为了实现电流和转速分别起作用，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在把电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。
该双闭环调速系统的两个调节器ASR 和ACF都采用PI调节器,以便能保证系统获得良好的静态和动态性能转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用是减小转速误差，采用PI 调节器可实现无静差；对负载变化起抗扰作用；其输出限幅决定电动机允许的最大电流; 电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用是使电流紧紧跟随其给定电压的变化；对电网的波动起及时抗干扰作用；加快动态过程；堵转或过载时起快速自动保护作用。
双闭环流量比值控制比值的课程设计任务书
一、设计题目双闭环流量比值控制二、主要内容熟悉THJ-2型高级过程控制系统实验装置，获取电动阀支路的流量和变频器－磁力泵支路的流量曲线，利用实验建模法求出它们的数学模型。
根据串级控制，选择合适的调节器控制规律，并在Matlab上进行仿真。
最终在过程控制系统实验装置平台上完成实际系统的调试，并说明两种方法的所得结果的差别。
三、具体要求1.从组成、工作原理上对工业型传感器、执行机构有一深刻的了解和认识。
2.分析控制系统各个环节的动态特性，从实验中获得各环节的特性曲线，建立被控对象的数学模型。
3.根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。
4.在Matlab上进行仿真，调节控制器参数，获得最佳控制效果。
5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法，并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。
6.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异，巩固所学的知识。
四、进度安排第一周分组；查找资料；对象模型的获取，Matlab仿真第二周系统调试，撰写课程设计报告，答辩五、完成后应上交的材料课程设计报告。
六、总评成绩指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日目录一、被控对象以及仪器仪表的描述二、控制方案选择及其论述，控制系统方框图及其说明三、对象的特性曲线测试，对象的数学模型四、matlab仿真五、控制系统连线示意图及说明，并且记录最佳控制结果的调节器参数以及结果曲线六、心得体会一、被控对象以及仪器仪表的描述1.1系统简介“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。
该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈—反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。
1.2被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。
双闭环比值控制
过程控制工程课程设计报告设计题目：双闭环比值控制目录一.双闭环比值控制系统简介 (3)二.双闭环比值控制系统仿真综合实例 (4)三.双闭环比值控制系统实例步骤及仿真图 (5)四.参考历史文献 (12)五.心得体会 (15)一．双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统的特点是在保持比值控制的前提下，主动量和从动量两个流量均构成闭环回路，这样克服了自身流量的干扰，使主、从流量都比较平稳,并使得工艺总负荷也较稳定。
从动量控制回路是随动控制系统，期望系统响应快些，一般按单回路整定；主动量控制回路是定值控制系统，反应速度较慢时有利于从动控制回路的快速跟踪，一般整定为周期过程。
主、从控制回路均选择PI 控制方式。
二.双闭环比值控制系统系统仿真综合实例双闭环比值控制系统的工艺图及控制框图如下图所示。
假设主动控制量控制系统的数学模型和从动控制量控制系统的数学模型为t e s s G 5.1153)(-+=和s e s s s G 5.)120)(110(3)(-++=。
三.双闭环比值控制系统实例及仿真图（1）分析主动量控制系统和从动量控制系统稳定性。
执行该系统的Bode 图得，系统开环稳定，幅值稳定裕量7.05dB ，对应增益为2.25。
（2)选择控制系统结构和调节器形式。
控制系统框图如图下图1所示。
其中k 代表比值，在此设定为4.)(1s GC 和)(2s GC 分别为主动量控制环和从动控制环的控制器，按前述分析取PI 形式。
图1控制系统框图（3)整定主动量回路控制器参数。
仍采用稳定边界法整定系统参数。
设定停止时间为60.0，Relative tolerance设定为1e-5。
仿真图如下图2。
图2主动量回路控制器参数整定仿真图控制Kp不断减小为8.2时，得到等幅振荡图如下图3，放大图为图4，估计出临界振荡周期Tk为4。
Ki=Kp*T/Ti。
图3图4由稳定边界法临界振荡计算公式得Kp=2.2*8.2/10=1.804；Ki=8.2*（4/1.2）/1000=0.333。
运动控制系统课程设计-双闭环PWM双极式直流调速系统的工程设计及仿真
郑州轻工业学院课程设计说明书题目：双闭环PWM双极式直流调速系统的工程设计及仿真姓名：X X X院（系）：电气信息工程学院专业班级：自动化08-2学号：指导教师：X X X成绩：时间：2011年12 月19 日至2012 年01月06 日目录摘要 (1)1 设计分析 (2)1.1双闭环调速系统的结构图 (2)1.2直流双闭环系统的原理 (2)1.3双闭环调速系统优点 (3)1.4转速、电流双闭环控制系统 (5)1.5 PWM变换器介绍 (8)2 电路设计 (14)2.1PWM（双极式）主电路设计 (14)2.2 双闭环调节器电路设计 (15)2.2.1 电流调节器 (15)2.2.2 转速调节器 (16)2.3 信号产生电路 (16)2.4 IGBT基极驱动电路原理 (18)2.5 基于EXB841驱动电路设计 (19)2.6 锯齿波信号发生电路 (20)3 系统参数计算 (21)3.1电流调节器的设计 (21)3.2 转速调节器的设计 (24)4利用MATLAB建模并对所设计的系统进行仿真 (27)4.1 MATLAB简要介绍 (27)4.2 双闭环调速系统仿真模型图 (28)5心得及总结 (29)6参考文献 (32)附录 (33)摘要伺服系统对数控技术、自动化、电气工程及其自动化、机电一体化等专业是一门很重要的专业技术课。
伺服系统的作用是联系数控装置与被控设备的中间环节，起着传递指令信息和反馈设备运行状态信息的桥梁作用。
在当代工业上PWM控制调速系统已经被广泛地应用，其优点还是日益突现，而带有双闭环的调速系统更是受到广泛欢迎。
在本次设计中，为了使调速达到高精度、高准度的要求，我使用了电流调节器和转速调节器，以此来组成双闭环，电流环为内环，转速环为外环。
这样的设计能够达到任务要求的静态指标和动态指标。
特别是把此两环校正为典型Ⅰ型和典型Ⅱ型后的性能指标更是达到了要求。
本次设计中的电流调节器和电压调节器都是使用PI调节器，PI调节器是由运放和各种电子元器件组成的，由于本次设计时间有限所以就没有把相应的参数给调出来了。
双闭环自动控制系统课程设计报告
自动控制系统2010年7月16日目录1课程设计目的 (1)2系统介绍 (2)2.1双闭环构造简介 (2)2.2MATLAB简介 (2)3直流调速系统的理论设计 (3)3.1系统要求 (3)3.2电流调节器设计 (3)3.3速度调节器设计 (5)4.仿真 (6)5.心得体会 (10)6.参考文献 (10)程设计说明书NO.1阳大学程设计说明书NO.22系统介绍2.1双闭环简介转速、电流双闭环调速系统是当前应用最广的直流调速系统，利用电流调节器和转速调节器实现了串级控制，从而可以无限逼近理想起动过程。
采用工程设计方法，建立了系统的动态数学模型，并基于自动控制系统快、准、稳的准则完成了系统设计。
同时，利用Simulink进展了系统仿真，给出了仿真框图和仿真结果，通过对结果的分析进一步验证了双闭环调速系统的优越性。
为了实现转速和电流2种负反应分别起作用，在系统中设置了2个调节器，分别是电流调节器ACR(Current Regulator)和转速调节器ASR(Speed Regulator)，两者之间实行串级连接，其中转速调节器ASR的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器ACR的输出去控制晶闸管装置。
从闭环构造上看，电流调节器在里面，叫做环；转速调节器在外边，叫做外环。
双闭环调速系统的原理图如图1所示。
图1双闭环词速系统原理图2.2MATLABMATLAB是矩阵实验室〔Matri* Laboratory〕的简称，是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大局部。
MATLAB的根本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常阳大学程设计说明书NO.3阳大学程设计说明书NO.4滤平波头，应该有ms T oi 33.3)2~1(=,因此取s T oi 002.0=；③电流环小时间常数i T ∑ 按小时间常数近似处理，取s T T T oi s i 0037.0=+=∑。
双闭环系统课程设计
1 双闭环系统的设计1.1 设计内容第一，双闭环直流电动机控制系统设计。
分析系统工作原理，进行系统总体设计。
分析设计出控制系统框图，控制系统动态结构图，控制系统稳态结构图，双闭环直流电动机控制系统原理图设计。
根据系统框图和任务分解结果，进行典型环节和模块电路的设计。
设计转速电流环电路，触发电路驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可），控制主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等），检测及给定电路。
第二，控制系统各单元参数测试和计算。
测出各环节的放大倍数及时间常数，在确定调速范围D=１０时比较开环、单环和双环时的动态响应。
第三，PID控制算法的确定。
以仿真结果或实验结果为根本依据，结合理论，确定合理的PID控制策略和控制参数。
第五，MATLAB仿真验证。
利用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真，同时将结果在示波器上显示出来，以验证设计的正确性。
第六，设计要求：为某生产机械设计一个调速范围宽、起制动性能好（可选做）的直流双闭环系统。
已知系统中直流电动机主要数据如下：(1)一台直流电机，直流电机额定数据：PN=60KW，UN=220V，IN=308A，nN=1000r/min，电枢回路总电阻R=0.18Ω。
电磁时间常数Tl＝0.012ｓ，机电时间常数Tm＝0.12ｓ，电动机系数Ce＝0.196V·min/r。
(2)主要技术指标：调速范围0~1000r/min，电流过载倍数λ=1.1，系统静特性良好，无静差。
(3)动态性能指标：空载起动到额定转速超调量δn＜10%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s。
1.2 系统主电路设计直流调速系统常用的直流电源有三种：旋转变流机组；静止式可控整流器；直流斩波器或脉宽调制变换器。
机组供电的直流调速系统在20世纪60年代以前曾广泛地使用着，但该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机还图1-1V—M系统原理图要仪态励磁发电机，因此设备多，体积大，费用高，效率低。
课程设计 双闭环流量比值控制系统
一．设计任务分析1.1设计任务的描述在了解、熟悉和掌握双闭环流量比值控制系统的工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础之上，根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求，应用控制理论对控制系统进行分析和综合，最后采用计算机控制技术予以实现。
1.2设计的目的通过对一个完整的生产过程控制系统的课程设计，使我们进一步加深对《过程控制系统》课程中所学内容的理解和掌握，提高我们将《过程检测与控制仪表》、《自动控制原理》、《微机控制技术》和《过程工程基础》等课程中所学到知识综合应用的能力。
锻炼学生的综合知识应用能力，让学生了解一般工程系统的设计方法、步骤，系统的集成和投运。
从而培养学生分析问题和解决问题的能力。
1.3设计的要求1.从组成、工作原理上对工业型流量传感器、执行机构有一深刻的了解和认识。
2.分析控制系统各个环节的动态特性，从实验中获得各环节的特性曲线，建立被控对象的数学模型。
3.根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。
4.在Matlab上进行仿真，调节控制器参数，获得最佳控制效果。
5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法，并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。
6.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异，巩固所学的知识。
1.4本次设计的具体要求1.控制电磁阀的开度实现流量的单闭环的PI调节。
2.通过变频器控制电磁阀运行实现流量的单闭环的PI调节3.用比例控制系统使副回路的流量跟踪主回路的流量，满足一定的工艺生产要求二．总体设计方案2.1方案论证根据实际生产情况，比值控制系统可以选择不同的控制方案，比值控制系统的控制方案主要有开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统几种。
方案一：单闭环控制系统原理设计的系统框图如图2.1所示。
图2.1 单闭环流量比值控制系统原理图单闭环流量比值控制系统与串级控制系统相似，但功能不同。
可见，系统中没有主对象和主调节器，这是单闭环比值控制系统在结构上与串级控制不同的地方，串级控制中的副变量是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量，而在比值控制中，副流量不会影响主流量，这是两者本质上的区别。
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《过程控制》课程设计报告题目：双闭环比值控制系统的分析与设计姓名：王飞学号：20106206专业：自动化年级：2010级指导教师：李天华目录1 任务书-------------------------------------------------------- 1 1.1设计题目 --------------------------------------------------- 1 1.2设计任务 --------------------------------------------------- 1 1.3原始数据 --------------------------------------------------- 21.4设计内容 --------------------------------------------------- 22 研究背景 ------------------------------------------------------- 33 研究意义 ------------------------------------------------------- 44 研究内容 ------------------------------------------------------- 45 论文组织 -------------------------------------------------------- 5 5.1衰减曲线法整定主动量回路控制器参数 -------------------------- 5 5.2反应曲线法整定从动量回路控制器参数 -------------------------- 8 5.3双闭环比值控制系统仿真及性能测试 --------------------------- 115.4双闭环比值控制系统的抗干扰能力检验 ------------------------- 136 双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各自的优缺点 --------------- 16 6.1双闭环比值控制与串级控制的区别 ----------------------------- 16 6.2双闭环比值控制的优、缺点 ----------------------------------- 176.3串级控制的优、缺点 ----------------------------------------- 177 总结 ---------------------------------------------------------- 178 参考文献 ------------------------------------------------------ 17 附录：双闭环比值控制最终整定结果(Simulink图) -------------------- 181 任务书 1.1设计题目双闭环比值控制系统的分析与设计1.2设计任务在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。
如：燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛；制药生产中要求药物和注入剂按比例混合；造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例；水泥配料系统等等。
凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。
主动量：起主导作用而又不可控的物料流量Q1； 从动量---跟随主动量而变化的物料流量Q2； 比例系数：k=12Q Q 在生产过程中，根据工艺过程容许的负荷波动幅度、干扰因素的性质和产品质量的要求不同，实现对两种物料流量比值的控制方案也不同：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。
双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，其流程图和方框图分别如图1 和图 2所示。
通过主动量控制回路能克服主动量干扰，实现对主动量的定值控制；通过从动量控制回路抑制作用于从动量回路的干扰，从而使主、从动量均比较稳定，能保持在一定的比值，使总物料量保持稳定。
双闭环比值控制系统常用于负荷变化或总的物料变化比较平稳的工业生产过程。
本次设计要求设计一个双闭环比值控制系统。
图 1 双闭环比值控制系统流程图 图 2 双闭环比值控制系统方框图1.3原始数据(1)要求比值控制系统的从动量跟随主动量变化而变化，其中两个流量仪表的信号比值系数：k=12Q Q =4; (2)主对象广义传递函数为：t e s s G 511153)(-+=; (3)从对象广义传递函数为：t e s s s G 52)120)(110(3)(-++=;(4)主动量回路和副动量回路均采用 PI 控制规律; (5)主动量每隔100s 变化，幅值分别为[3 1 4 2 1].1.4设计内容1、采用衰减曲线法整定主动量回路控制器参数；2、采用反应曲线法整定从动量回路控制器参数；3、在 MATLAB/SIMULINK 环境中建立双闭环比值控制系统，并投入运行，估计系统阶跃响应曲线的超调量、上升时间和过渡过程时间；4、检验双闭环比值控制系统的抗干扰能力：主动量和从动量分别改变 10%，检验系统的抗干扰能力。
5、分析双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各种的优缺点。
2 研究背景在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。
如：燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛；制药生产中要求药物和注入剂按比例混合；造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例；水泥配料系统等等。
凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。
主动量：起主导作用而又不可控的物料流量Q1； 从动量---跟随主动量而变化的物料流量Q2； 比例系数：k=12Q Q 在生产过程中，根据工艺过程容许的负荷波动幅度、干扰因素的性质和产品质量的要求不同，实现对两种物料流量比值的控制方案也不同：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。
双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，其流程图和方框图分别如图3 和图 4所示。
通过主动量控制回路能克服主动量干扰，实现对主动量的定值控制；通过从动量控制回路抑制作用于从动量回路的干扰，从而使主、从动量均比较稳定，能保持在一定的比值，使总物料量保持稳定。
双闭环比值控制系统常用于负荷变化或总的物料变化比较平稳的工业生产过程。
图 3 双闭环比值控制系统流程图 图 4 双闭环比值控制系统方框图3 研究意义通过Matlab 软件仿真双闭环比值控制系统，从而掌握双闭环比值控制系统的基本概念，组成结构；通过仿真，掌握双闭环比值控制系统主动量回路和从动量控制回路的参数整定。
掌握工程软件Matlab 软件的使用，为将来更深入的学习提供便利。
4 研究内容图 5 双闭环比值控制系统方框图在MATLAB/SIMULINK 环境整定双闭环比值控制系统控制参数，其系统方框图如图5所示原始数据：(1)要求比值控制系统的从动量跟随主动量变化而变化，其中两个流量仪表的信号比值系数：k=12Q Q =4; (4)主对象广义传递函数为：t e s s G 511153)(-+=; (5)从对象广义传递函数为：t e s s s G 52)120)(110(3)(-++=;(4)主动量回路和副动量回路均采用 PI 控制规律; (5)主动量每隔100s 变化，幅值分别为[3 1 4 2 1]. 具体设计设计内容如下：1、采用衰减曲线法整定主动量回路控制器参数；2、采用反应曲线法整定从动量回路控制器参数；3、在 MATLAB/SIMULINK 环境中建立双闭环比值控制系统，并投入运行，估计系统阶跃响应曲线的超调量、上升时间和过渡过程时间；4、检验双闭环比值控制系统的抗干扰能力：主动量和从动量分别改变 10%，检验系统的抗干扰能力。
5、分析双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各种的优缺点。
5 论文组织按照整定双闭环比值控制系统的过程进行论文组织，每个整定部分都有详细的整定过程，响应曲线，测量参数以及结果分析，若在整定过程中出现问题，均有记录解决方法、体会、经验。
5.1衰减曲线法整定主动量回路控制器参数(1)在Simulink 中建立主动量回路闭环系统，在纯比例控制器的作用下给定单位阶跃响应。
如图1所示。
Transport Delay315s+1Transfer FcnStepScope-K-Gain图 6 主动量回路闭环系统框图图 7 输入为单位阶跃响应图 8 主对象广义传递函数一阶惯性环节设定图 9 主对象广义传递函数延迟时间设定(2)置比例控制器的比例带δ为较大的数值，即比例增益K 为较小的数值。
对设定值施加一个阶跃扰动，然后观察系统的响应。
若响应振荡太快，就减小比例带δ；反之，则增大比例带δ。
如此反复，知道出现衰减比n=4:1的振荡过程。
记录下此时的比例带（记为s ），以及响应的衰减振荡周期s T 。
(3)当δ=1.189时，出现衰减比n=4:1的振荡过程：如图11所示TransportDelay315s+1Transfer FcnStepScope1.189Gain图 10 主动量回路闭环系统框图K=1.189图 11 输出为n=4:1的振荡比例带：s /1δ=1.189衰减振荡周期s T ：Ts=36.42-12.42=24s衰减比：n=(1.2491-0.7810)/(0.8979-0.7810)=4.0043代入衰减曲线法整定计算公式（表1），得PI 控制器的参数为(衰减率Ψ=0.75为指标）： Kp=1/δ=1/(1.2s δ)=1.189÷1.2=0.9908I T =0.5s T =0.5×24=12s控制规则控制器参数δT I T D P s δPI 1.2s δ 0.5s T PID0.8s δ0.3s T0.1s T表格 1 衰减曲线法整定计算公式（Ψ=0.75）(4)将Kp=0.9908，I T =12s 置入PI 控制器中，给定阶跃响应，观察响应。
同时调整参数，知道响应曲线满意为止。
TransportDelay112s Transfer Fcn1315s+1Transfer FcnStepScope0.9908GainAdd图 12 整定后的主动量回路闭环系统框图图 13 主动量回路阶跃响应主动量回路性能指标：超调量 （1.5973-1）/1=59.73%衰减率 ((1.5973-1)-(1.255-1))/(1.5973-1)=79% 调整时间)5%(±49.194s结论：由衰减曲线法整定的PI 参数能够得到较满意的性能指标5.2反应曲线法整定从动量回路控制器参数(1)如图14所示，对给定的从对象广义传递函数进行单位阶跃响应测试，测取从对象广义过程的比例增益0K ，延迟时间0τ，时间常数0T ；Transport Delay310s+1Transfer Fcn2120s+1Transfer FcnStepScope图 14 从对象广义过程图 15 从对象广义过程开环单位阶跃响应(2)观察响应曲线，可知系统由自衡能力，且0K =3；根据两点计算法公式得延迟时间0τ，时间常数0T ：284.03/852.0)(1*==t y ,s t 25.211=; 632.03/896.1)(2*==t y ,s t 72.372=; 393.03/179.1)(3*==t y ,s t 76.253=;55.03/65.1)(4*==t y ,s t 04.334=; 865.03/595.2)(5*==t y ,s t 135.595=;s t t T 705.24)25.2172.37(5.1)(5.11201=-⨯=-=; s t t T 916.23)762.2572.37(2)(23202=-⨯=-=; s t t T 746.212.1/)04.33135.59(2.1/)(4503=-=-=时间常数:s T T T T 456.233/)746.21916.23705.24(3/)(0302010=++=++=;s t t 809.7)72.3725.213(3.0)3(3.01201=-⨯⨯=-=τ;s t t 804.1372.37762.25222302=-⨯=-=τ;s t t 64.155.1/)135.5904.335.2(5.1/)5.2(5403=-⨯=-=τ;延迟时间：s 418.12)64.15804.13809.7(3/)(0302010=++=++=ττττ. 综上：0K =3，s T 456.230=，s 418.120=τ.(3)由自衡过程的整定计算公式Ψ=0.75(表2)，得控制器的PI 参数为：529.0456.23/418.12/00==T τ；比例度：1037.36.0456.23418.1208.0456.23418.1236.26.008.06.26.008.06.200000000=+-⨯⨯=+-•=+-•=T T K T T ττττρδ； 比例增益：322.0/1==δK ；s T T 表2 ψ=0.75过程有自衡能力时的整定计算公式（4）将s T K I 7648.18,322.0==置入PI 控制器中，给定阶跃响应，观察响应。