自動控制課程設(shè)計(jì)

1、電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 自動控制理論 設(shè)計(jì)題目： KSD-1型晶閘管直流隨動 控制系統(tǒng)的分析與校正 專 業(yè)： 自動化 班 級： 三班 學(xué)號： 20110220317 學(xué)生姓名： 李秀麗 時(shí) 間： 2014.2-2014.3 以下由指導(dǎo)教師填寫分項(xiàng)成績：出勤 成品 答辯及考核 總 成 績：總分 成績 指導(dǎo)教師（簽名）： KSD-1型晶閘管直流隨動系統(tǒng)分析與校正 前言一、 KSD-1型晶閘管直流隨動系統(tǒng)是按輸入角度與反饋角度之間的偏差原理進(jìn)的。它 采用自整角機(jī)作位置測量元件，晶閘管做功率放大元件和直流伺服電動機(jī)做執(zhí)行元件，屬小功率隨動系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定精度和動態(tài)品質(zhì)，在系統(tǒng)中加入P

2、ID串聯(lián)或并聯(lián)校正裝置。KSD-1型隨動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置是采用自整角機(jī)作為反饋元件，線性運(yùn)算放大器作為放大元件?？煽毓枳鳛楣β史糯笤?，直流伺服電機(jī)作為執(zhí)行元件的小功率隨動系統(tǒng)。為了改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)指標(biāo)，采用了直流測速發(fā)電機(jī)反饋?zhàn)鳛椴⒙?lián)校正，用電壓放大器作為有源串聯(lián)矯正器。本系統(tǒng)是采用電樞控制直流伺服電動機(jī)的隨動系統(tǒng)，系統(tǒng)采用變壓式自整角機(jī)對，用來測量兩個(gè)機(jī)械軸的轉(zhuǎn)角差，當(dāng)系統(tǒng)靜止時(shí)兩個(gè)自整角機(jī)轉(zhuǎn)子相對于三相繞組的夾角之差為零。 KSD-1 型隨動系統(tǒng)性能指標(biāo)（校正后）： （1）輸入軸最大變化速度50度/秒；最大角速度50度/。 （2）靜態(tài)誤差不大于0.5度。 （3）振蕩次數(shù)小于2次。 （4）超

3、調(diào)量30%。 （5）調(diào)節(jié)時(shí)間0.7s； （6）系統(tǒng)速度誤差1度（最大速度50度/秒），r=50t。執(zhí)行電機(jī)類型型號 功率 電流 電壓 轉(zhuǎn)速 激磁電壓 直流執(zhí)行 電動機(jī) S569 160 瓦2.2 安110 伏3300 轉(zhuǎn)/分110 伏二、隨動系統(tǒng)原理簡圖和方塊圖 3、 系統(tǒng)中有關(guān)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)1、 敏感元件自整角機(jī)本系統(tǒng)采用如圖所示的變壓器式自整角機(jī)對，用來測量兩個(gè)機(jī)械軸的轉(zhuǎn)角差。假設(shè)：系統(tǒng)的輸入角 ；輸出角 ， 為系統(tǒng)的誤差角：在發(fā)送機(jī) 的激磁繞組上加交流電壓 則在接收機(jī) 的變壓器繞組上輸出的感應(yīng)電勢為 接收機(jī)的感應(yīng)電勢通常隨動系統(tǒng)工作期間，失調(diào)角 是比較小的，輸出電壓曲線可看成直線 自整角

4、機(jī)對的傳遞函數(shù)可以看作一個(gè)線性放大環(huán)節(jié) 實(shí)驗(yàn)測得的輸出特性如下自整角機(jī)對的傳遞函數(shù)為2、相敏整流元件與低通濾波器系統(tǒng)相敏整流選用二極管全波橋式整流。相敏整流的特點(diǎn)是輸出直流電壓的極性能反映輸入交流信號的相位，輸入為自整角機(jī)變壓器的輸出電壓 ，交流同步電壓 為參考電壓。實(shí)驗(yàn)測得的相敏整流電路的輸入-輸出特性如下系統(tǒng)的相敏整流傳遞函數(shù) 低通濾波器的作用是減小相敏整流器輸出電壓的脈動成分，消除不必要的高頻成分。低通濾波器的傳遞函數(shù)為 3、 電壓放大環(huán)節(jié)相敏整流輸出電壓經(jīng)濾波器后的直流信號加到電壓放大器的反向端，電壓放大環(huán)節(jié)的輸出為Usc。電壓放大器的傳遞函數(shù)為4、可控硅放大器可控硅放大器是延遲環(huán)節(jié)，

5、最大延遲時(shí)間取決于可控整流相數(shù)和電源頻率m整流相數(shù)f 供電電源頻率可控硅放大器的傳遞函數(shù)為所以，可控硅放大器的傳遞函數(shù)近似為5、直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)的傳遞函數(shù)為因?yàn)樗院瘮?shù)化簡為 通過實(shí)際計(jì)算6、 減速器減速器的作用是將直流伺服電動機(jī)的角速度按照一定的減速比轉(zhuǎn)化成低速的轉(zhuǎn)速。所以，減速器的傳遞函數(shù)為其中， i 為減速比 i=216 未校正系統(tǒng)框圖：即校正后系統(tǒng)框圖應(yīng)為四、校正裝置的設(shè)計(jì)及整個(gè)裝置性能指標(biāo)的驗(yàn)算根據(jù)性能指標(biāo)的要求對系統(tǒng)進(jìn)行校正。由性能指標(biāo)（1）、（2）、（6）可得所以高階系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系諧振峰值超調(diào)量調(diào)節(jié)時(shí)間其中 因?yàn)镸p%30%，ts0.7s； 所以， 12

6、.7066rad/s計(jì)算未校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)首先寫出未校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 設(shè)K= 其中i=216 則K=1.15842 則 G(s)=K*未校正前num1=1;den1=0.00003 0.00683 0.393 1 0;>> mag1,phs1,w=bode(num1,den1)>> margin(mag1,phs1,w)將未校正系統(tǒng)串聯(lián)一個(gè)比例環(huán)節(jié)使G(s)=*使用Mutlab軟件求取未校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)。程序num1=50;den1=0.00003 0.00683 0.393 1 0;>> mag1,phs1,w=bode(num1,den1)&g

7、t;> margin(mag1,phs1,w)=11.3330rad/s由階躍響應(yīng)圖計(jì)算得Mp%=97%Ts=27s因此該性能指標(biāo)不符合要求，我采用兩個(gè)串聯(lián)超前環(huán)節(jié)對系統(tǒng)進(jìn)行校正首先取所以求其性能指標(biāo)>> num2=8.35 50;>> den2=0.00003 0.00683 0.393 1 0;>> mag2,phase2,w=bode(num2,den2);>> margin(mag2,phase2,w)得 rad/sec由于<不符合要求故添加第二個(gè)串聯(lián)超前校正環(huán)節(jié)首先取所以求其性能指標(biāo)程序 num3=0.3674 10.55

8、50;>> den3=0.000000005 0.000002039 0.00028515 0.017621 0.42 1 0;>> mag3,phase3,w=bode(num3,den3);>> margin(mag3,phase3,w)>> t=0:0.002:5'>> numc1,denc1=cloop(num1,den1);>> y1=step(numc1,denc1,t);>> numc3,denc3=cloop(num3,den3);>> y3=step(numc3,denc3,t);>> plot(t,y1 y3),grid>> t=0:0.002:30'>> numc1,denc1=cloop(num1,den1);>> y1=step(numc1,denc1,t);>> numc3,denc3=cloop(num3,den3);&