自动化课程设计

1. 课程设计题目:直流电机转速控制系统的动态校正 2. 应完成的项目: ⑴未校正系统参数的测定
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了解 ACCC-IVACCC-Ⅳ型自动控制理论及计算机控制技术实验平台提供力矩 电机转速控制模型的工作原理; 通过实验测定力矩电机转速控制模型的传递系数 K 、电磁时间常数 Ta 、机电 时间常数 Tm ；
'
率为 20rad/s， 校正参数： α=0.1909， 时间常数 T=0.1144s。 这样就可以提升相角裕度 48.5 ，
'
系统加入超前校正装置后的 BODE 图：
系统加入超前校正装置后的时域波形图：
此时的动态指标：
系统开环频率特性的截止频率=20rad/s， 相角裕度 ' 48.5 ， 幅值裕度 L'g 18 dB；
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建立未校正直流电机转速控制系统的数学模型。 ⑵系统设计：由建立未校正直流电机转速控制系统的数学模型，对该系统进行动态校 正装置设计。 1 设计指标： 静态指标： 转速实现无静差调节；
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静差速度误差系数 K v 35 1/s
'
。
'
动态指标： 系统开环频率特性的截止频率 c 10rad/s， 相角裕度 45 幅值裕度 Lg 6 dB； 系统单位阶跃响应最大超调量 % 30 %； 过渡过程时间 t s 1 秒 。
七、总结
通过对本次的学习，让我们学到许多东西，让我们有不少的长进。首先它让我们懂得团 体合作的重要性。在做我们选定的项目的过程中，我们分工合作，在网上找资料，然后整理 资料，共同讨论方案的可行性和不足的地方，再对它进行改进，在这过程中我们体会到在学
习或在工作中合作是很重要的。 其次，它让我们对书本知识有进一步的理解。平时在学习书本知识时，觉得难以理解， 对元件的认识也是不太清楚的。但经过这次的课程设计制作，让我们收获不少。平时对书本 知识的学习我们只是记，并没有将知识结合实践和实物来理解。经过这次设计制作，让我们 运用了书本的知识，真让我们学有所用，也让我们将书本知识记得更牢固，同时也让我们找 到好的学习方法， 就是要将书本知识联系实际和电子实物。 在元件的认识中我们也体会不少。 另外，它让我们学到更多书本上没有的知识。以前我们只看书本，学书本的知识，眼光 只停留在书本， 对其它资料是不加留意的。 而这次的方案设计制作让我们知道书本知识是远 远不够的，电子行业知识更新换代是很快的，这就要求我们有更多更丰富的知识，所以我们 不仅要掌握好书本知识，也要对其他资料的知识进行了解。总的来说，这次方案设计制作让 我们学到很多，不仅让我们对知识理解加深，也让我们的动手能力，理解能力有提高；更重 要的是它还让我们体会到学习的方法和培养了我们对方案制作的思维！
1． 测量力矩电机转速控制模型机电时间常数、传递系数
U0=3.68v UR=7.05V Kn=3.68/7.05*150=78.30 Tm=200ms 2.当 R=1 欧姆
R=10 欧姆
根据
T
a
T a' T a' ' ( R ' ' R T a' ' R ' ' T a' R
' '
)
'
°，
理论设计： 根据设计指标，用频率法进行相角超前校正网络设计，并(a)编制和运行绘制 校正前后系统 Bode 图的 MATLAB m 文件;(b)编制和运行校正前后系统 MATLAB SIMULINK 结构图仿真文件，验证设计方案。 3 实验系统设计实现：
2
根据理论设计的相角超前校正网络参数， 在 ACCC-Ⅳ型自动控制理论及计算 机控制技术实验平台上选择 RC 元件和运算放大器， 构造实现校正网络， 使校正后 直流电机转速控制系统投入运行，通过实验验证系统的性能。 ⑶设计完成后应缴交设计说明书一分，包括上述设计基本内容、计算过程、实验数据、 实验曲线及分析、结论及心得体会。 ⑷设计完成期限： 本设计任务书于 2011 年 8 月 29 日发出，2011 年 9 月 8 日上交设计说明书。
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幅值裕度 Lg 5 dB； 系统单位阶跃响应最大超调量 % 70%； 放大系数系数 Kc 67.05 过渡过程时间 t s 4 秒。
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四、未动态校正直流电机转速控制系统的数学模型
由设计指中静态指标志转速实现无静差调节；差速度误差系数 Kv≥35，因此系统应包 含一个积分环节，且放大系数 Kc 67.05。
=
五、系统动态校下装置设计
系统校正后的 sumilink 仿真图
校正后的系统动态数学模型及原理分析： = 其中对于积分环节是为了实现对阶跃信号无静差调节，当然这里也可以再加积分环节。 此设计只加一个。而对于校正模块
由于未校前的截止频率为 13.03rad/s,特别是系统单位阶跃响应最大超调量 % 70%； 和相角裕度 20 °，利用超前校正能在新截止频率附近得到一个超前角。此时截止频
二．力矩机转速控制模型工作原理
图 1.1 为真流电机调速系统的结构图，它由给定、PID 调节器、电机驱动单元、转速测 量电路和和输出电压反馈等几个部分组成。在参数给定的情况下，在 PID 调节器补偿作用 下，趄流电机可以按给定的转速闭环稳定运转。 1 由于 Jd 较大，故电磁转矩较大，同是电枢转动惯量较大，热容量较大，故过载时 间较长； 2 由于电枢槽数较多，故低速动行平稳，力矩波动较小，空载转速很低，电磁较大， 过载能力又强，故可直接带动负载，而无需减速器； 3 故负载惯量变化时对系统动态性能影响小； 4 机械特性硬度大，线性好。
未校正前的 BODE 图如下图所示：
校正前的时域波形：
此 时 的 各 项 数 为 ： 传 递 系 数 Kn=78.30 、 电 磁 时 间 常 数 Ta =9.80ms 、 机 电 时 间 常 数
Tm =200ms,=10ms,=12ms.。由 BODE 图和时域图中得
此时的动态指标： 系统开环频率特性的截止频率=13.03rad/s， 相角裕度 20 °，
得：Ta=9.80
(一) 未校正系统运行实验 如图 1.2 所示，除了实际的模拟对象、电压表和转速计表外其中模拟电路由 ACCT-II 自动控制理论及计算机控制技术实验板上的动放单元和备用元器亻搭成。 参 考 主 试 验 参 数 为 ： R0=R1=R2=100 Ω ,R3=100K Ω ,R4=2M Ω ,R5=10K Ω ,C1=1 Μ f,Rf/Ri=1. 具体的实验步骤如下： 1. 先将 ACCT-II 自动控制理论及计算机控制技术（二）和 ACCT-II 自动控制 原理论及计算机近期制技术面板上电源形式开关均放在“OFF”状态。 2. 利用 ACCT-II 实验上的单元电路 U9、 U15 和 U11。 设计连接图如 1.2 所示 的闭环系统。需要注意的是，运放的锁零信号 G 接到时-15V。 1) 将 ACCT-II 面板上 u1 单元的可调电压接到 Ug; 2) 给定输出接 PID 调器的输入，这时参考电路中 Kd=0,R4 的作用是 提高 PI 调节器的动态特性。 3) 经 PID 运算后给电机驱动电路提供输入信号， 即将调节器电路单元 的输出接到 ACCT-III 面板上的低压直流电动机调速中的功率转换 电路的正极输入端（IN+） ，负极端（IN-）接地； 4) 功率转换的输出接到直流电机的电枢两端。 3. 在闭环系统稳定的情况下，外加干扰信号系统达到时无静差。如达不到， 则根据 PID 参数对系统性能的影响重新调节 PID 参数。 4. 改变给定信号，观察系统动态特性。
成绩评定：
华南理工大学广州汽车学院
自动控制原理 课 程 设 计 报 告
题 （院） 专
目： 系： 业：
直流电机转速控制系统的动态校正 电 子 信 息 工 程 系 09 自动化 林真想 200930071730
学生姓名: 学 号 :
华南理工大学广州汽车学院电信工程系自动化专业 自动控制原理课程设计任务书 一．实验要求指标
放大系数系数 Kc 67.05 调节时间 t s 0.4 秒。 校正参数：α=0.1909，时间常数 T=0.1144s。 校正装置中的电阻分别为：R1=10KΩ,R2=66.17KΩ, R3=98.70KΩ,R4=114.40KΩ 电容 C1=0.33uF C2=1uF
系统单位阶跃响应最大超调量 % 20%；
六、故障报告分析
1 按照原理图接好线后，发现系统不可控。于是通过万用表检查，发现电压一直不变。然 后先把反馈回路断开， 然后把积分电路的电容短路， 再借助万用表测量输入输出的电压正常， 说明积分电路正常工作。 2 继续检测 U14 放大器，用同样的方法测试，发现电路工作一切正常。 3 继而检测功率转换和转速测量模块，发现功率转换电路正常，然而转速测量模块输出的 电压不受开关控制。输出的电压是 U=-14.4V。说明转速测量模块不可控。通过这次故障检 测，我们懂得如何排查故障的步骤。
三、未校正系统参数的测定
给定输出接调节器的输入， 调节器输出给电机驱动电路提供输入信号， 即将调 节器输出接到直流电动机调速功率转换电路的正极输入端（IN＋） ，负极端（IN－） 接地；功率转换的输出接到直流电机电枢两端 . 由于转速测量输出的电压为正值， 转速测量的输出接到 20V 电压表头的输入端的同时 , 还须通过反馈回路反馈系数 =Rf/Ri=1 的反相器才接到电压反馈输入端 Uf,以保证负反馈.