《自动控制课程设计汇总.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制课程设计汇总.docx（19页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、电气工程学院课程设计报告课程名称：设计题目：自动控制理论KSD-1型晶闸管直流随动控制系统的分析与校正专业：自动化班级：三班学号：20110220317学生姓名：李秀丽时间：2014.2-2014.3以下由指导教师填写分项成绩： 出勤总 成 绩：总分成品答辩及考核成绩指导教师（签名）：KSD-1 型晶闸管直流随动系统分析与校正前言一、 KSD-1 型晶闸管直流随动系统是按输入角度与反馈角度之间的偏差原理进的。 它 采用自整角机作位置测量元件，晶闸管做功率放大元件和直流伺服电动机做执行元件，属小功率随动系统，为了提高系统稳定精度和动态品质，在系统中加入PID 串联或并联校正装置。KSD-1 型随
2、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矫正器。本系统是采用电枢控制直流伺服电动机的随动系统，系统采用变压式自整角机对，用来测量两个机械轴的转角差，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。KSD-1 型随动系统性能指标（校正后） ：（ 1）输入轴最大变化速度 50 度/秒；最大角速度 50 度/ s2 。（ 2）静态误差不大于 0.5 度。（ 3）振荡次数小于 2 次。（ 4）超调量 30%。
3、（ 5）调节时间 0.7s；（ 6）系统速度误差 1 度（最大速度 50 度/秒），r=50t。执行电机类型型号功率电流电压转速激磁电压直流执行S5691602.21103300110电动机瓦安伏转/分伏二、随动系统原理简图和方块图三、系统中有关环节的传递函数1、敏感元件自整角机本系统采用如图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。假设：系统的输入角1；输出角2 ，为系统的误差角：12在发送机Sr的激磁绕组上加交流电压e (t)Ersintr则在接收机Sc的变压器绕组上输出的感应电势为接收机的感应电势U r (t )U msinsinter (t)ur (t )U r (t )U
4、 msin通常随动系统工作期间，失调角是比较小的，输出电压曲线可看成直线12S 发送机接收机ScrU r (t)U m变压器式子整角机对的原理图ur自整角机对的传递函数可以看作一个线性放大环节实验测得的输出特性如下自整角机对的传递函数为自整角机对的输出特性K1( s)1 8( U r ) 0.7伏 / 度 40伏 / 弧度8 i 12、相敏整流元件与低通滤波器系统相敏整流选用二极管全波桥式整流。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， 输入为自整角机变压器的输出电压U r ，交流同步电压 U 为参考电压。Uur (t) 相敏整流u p 滤波器usr相敏整流器与滤波器测量示意
5、图实验测得的相敏整流电路的输入-输出特性如下系统的相敏整流传递函数K 214(U p )i1.354(s)(U r )i4i 1低通滤波器的作用是减小相敏整流器输出电压的脉动成分，消除不必要的高频成分。 5R35R410K5C1 1.47FT( 5R 5R ) /(5R5R ) 5C 8ms334341低通滤波器的传递函数为K113(s)0.008s1T3 s 13、电压放大环节相敏整流输出电压经滤波器后的直流信号加到电压放大器的反向端， 电压放大环节的输出为 Usc。1R35R35 R4-5C1R61D1D 2 8FC 2u scu pu sr+D 3D 4低通滤波器电压放大器电压放大器的传
6、递函数为Z f (s)1R31K 4 (s)5R3 5R42Zr ( s)4、可控硅放大器可控硅放大器是延迟环节，最大延迟时间取决于可控整流相数和电源频率m整流相数TscR1udf 供电电源频率2mfTscR10.01s21 50usc可控硅放大器的传递函数为实测触发器输入与可控硅输出特性K5 ( s) K scRexp(TscR s)11exp(TscR s)K scR 150TscRs 10.01s 1所以，可控硅放大器的传递函数近似为K5 (s)1500.01s15、直流伺服电动机直流伺服电动机的传递函数为K6(s)1 /(Ts1)CeM因为 TsTM所以函数化简为udI dRsus1
7、/(TsMK6 (s)TM s2TM s 1)LsiCe通过实际计算J LCe0.284TM0.375s直流伺服电动机K 6(s)(s)3.52ud (s)0.375s 16、减速器减速器的作用是将直流伺服电动机的角速度按照一定的减速比转化成低速的转速。减速器所以，减速器的传递函数为( s)1K 7 (s)其中， i 为减速比 i=216 未校正系统框图：(s)si1自整ur相敏u p滤波器u sr 电压usc 可控硅功率ud电动机减速器2角机整流放大放大器即1K1(s)urK2(s)upusruscudK6 (s)K7 (s)2K3(s)K4(s)K5(s)校正后系统框图应为1urup1us
8、r 1usc150ud 3.5212PID0.71 .3540 .008 s120.01s10. 375s1si四、校正装置的设计及整个装置性能指标的验算50根据性能指标的要求对系统进行校正。由性能指标（1）、（ 2）、（6）可得esr1Kv所以 Kv50高阶系统频域指标与时域指标的关系谐振峰值M r1 / sin超调量Mp0.160.4(M r1)调节时间t sK/c其中K21.5( M r1)2.5(M r 1)2(1 M r1.8)因为 Mp% 30%，ts0.7s；所以47.79 ，c12.7066rad/s计算未校正系统的性能指标首先写出未校正系统的开环传递函数设 K=0.7 * 1
9、.354* 150* 3.52其中 i=216则 K=1.158422* iG(s)=K*1则(0.008s 1)(0.01s 1)(0.375s 1) * s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)将未校正系统串联一个比例环节使1G(s)= K 1 * (0.008s 1)(0.01s 1)(0.375s 1) * sK 150使用 Mutlab 软件求取未校正系统的性能指标。程序num1=50;den1=0.00003 0.00683 0.393 1
10、0; mag1,phs1,w=bode(num1,den1) margin(mag1,phs1,w)0 1.5947c1=11.3330rad/s由阶跃响应图计算得Mp%=97%Ts=27s因此该性能指标不符合要求，我采用两个串联超前环节对系统进行校正首先取148m10取 13.591- sin60m1 sinmm0.071179676910 lg140lgc 2c1114c2* c1 83.431c2 *12110.1671120.0122所以 G1 (s)50( 0.167s 1)( 0.012s 1)(0.008s 1)(0.01s 1)(0.375s 1) * s求其性能指标 num2
11、=8.35 50; den2=0.00003 0.00683 0.393 1 0; mag2,phase2,w=bode(num2,den2); margin(mag2,phase2,w)得44.2c322.36 rad/sec 由于 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); y3=step(numc3,denc3,t); plot(t,y1 y3),grid得52.129.9 由于 47.79符合要求3c4参考资料夏德钤翁贻方自动控制原理第三版自动控制理论课程设计指导书薛定宇控制理论的计算机辅助设计MATLAB语言与应用 2006