《電力拖動自動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計報告(1).doc

裝訂線棗莊職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）目 錄 一前言 21. 1設(shè)計目的21. 2設(shè)計內(nèi)容2二伺服系統(tǒng)的基本組成原理及電路設(shè)21.伺服系統(tǒng)基本原理及系統(tǒng)框圖2三調(diào)試后的圖8四設(shè)計心得與體會13五參考文獻14電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計報告一、 前言1.1設(shè)計目的和要求1.使學(xué)生進一步掌握電力拖動自動控制系統(tǒng)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合分析問題、解決問題的能力； 2 .使學(xué)生基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高電子電路的設(shè)計和實驗?zāi)芰Γ?3 .熟悉并學(xué)會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。1.2設(shè)計內(nèi)容1、分析和設(shè)計具有三環(huán)結(jié)構(gòu)的伺服系統(tǒng)，用繪圖軟件（matlab）畫原理圖還有波形圖；2、分析并理解具有三環(huán)結(jié)構(gòu)的伺服系統(tǒng)原理。二伺服系統(tǒng)的基本組成原理及電路設(shè)計21伺服系統(tǒng)基本原理及系統(tǒng)框圖伺服系統(tǒng)三環(huán)的PID控制原理以轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)為例,其控制結(jié)構(gòu)如圖2-1所示,其中r為框架參考角位置輸入信號, 為輸出角位置信號.圖2-1 轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)框圖伺服系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)為典型的直流電動驅(qū)動機構(gòu),電機輸出軸直接與負(fù)載-轉(zhuǎn)動軸相連,為使系統(tǒng)具有較好的速度和加速度性能,引入測速機信號作為系統(tǒng)的速度反饋,直接構(gòu)成模擬式速度回路.由高精度圓感應(yīng)同步器與數(shù)字變換裝置構(gòu)成數(shù)字式角位置伺服回路.轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)單框的位置環(huán),速度環(huán)和電流環(huán)框圖如圖2-2,圖2-3和圖2-4所示.圖2-2 伺服系統(tǒng)位置環(huán)框圖圖2-3 伺服系統(tǒng)速度環(huán)框圖圖2-4 伺服系統(tǒng)電流框圖圖中符號含義如下：r為位置指令；為轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角；為PWM功率放大倍數(shù)；為速度環(huán)放大倍數(shù)；為速度環(huán)反饋系數(shù)；為電流反饋系數(shù)；L為電樞電感；R為電樞電阻；為電機力矩系數(shù)；為電機反電動勢系數(shù)；J為等效到轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量；b為粘性阻尼系數(shù)，其中J=+，b=+，和分別為電機和負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，和分別為電機和負(fù)載的粘性阻尼系數(shù)；為擾動力矩，包括摩擦力矩和耦合力矩。假設(shè)在速度環(huán)中的外加干擾為粘性摩擦模型：控制器采用PID控制+前饋控制的形式，加入前饋摩擦補償控制表示為：式中，和為粘性摩擦模型等效到位置環(huán)的估計系數(shù)，該系數(shù)可以根據(jù)經(jīng)驗確定，或根據(jù)計算得出。被控對象為一個具有三環(huán)結(jié)構(gòu)的伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)系數(shù)和控制參數(shù)在程序中給出描述，系統(tǒng)采樣時間為1ms。取M=2，此時輸入指令為正弦疊加信號：，其中A=0.5，F(xiàn)=0.5.考慮到，L和的值很小，前饋補償系數(shù)和等效到摩擦力矩端得系數(shù)可近似寫為：式中，為經(jīng)驗系數(shù)，摩擦模型估計系數(shù)和為：系統(tǒng)總的控制輸出為：式中，為PID控制的輸出，其三項系數(shù)為=15，=0.1，=1.5.程序如chap01控制系統(tǒng)的simulink程序：chap01，如圖2-5和圖2-6所示。圖2-5 三環(huán)控制的simulink仿真程序圖2-6 電機模型的simulink仿真程序（1）帶摩擦無前饋補償時的仿真。正弦疊加信號跟蹤如圖3-1和圖3-2所示，由于靜摩擦的作用，在低速跟蹤存在“平頂”現(xiàn)象，速度跟蹤存在“死區(qū)”現(xiàn)象。（2）帶摩擦有前饋補償時的仿真。正弦疊加信號跟蹤如圖3-3和圖3-4所示，采用PID控制加前饋控制可很大程度地克服摩擦的影響，基本消除了位置跟蹤的“平頂”和速度跟蹤的：死區(qū)，實現(xiàn)了較高的位置跟蹤和速度跟蹤精度。伺服系統(tǒng)的模擬PD+數(shù)字前饋控制伺服系統(tǒng)的模擬PD+數(shù)字前饋控制原理針對三環(huán)伺服系統(tǒng)，設(shè)電流環(huán)為開環(huán)，忽略電機反電動系數(shù)，將電阻R等效到速度環(huán)放大系數(shù)Kd上。簡化后的三環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-7所示，其中u為控制輸入。圖2-7 簡化后的三環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖采用PD加前饋控制方式，設(shè)計的控制規(guī)律如下：式中，。即將控制律帶入上式，得：取：，得到系統(tǒng)的誤差狀態(tài)方程如下：由于J0， 則根據(jù)代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)，針對二階系統(tǒng)而言，當(dāng)系統(tǒng)閉環(huán)特征方程式的系數(shù)都大于零時，系統(tǒng)穩(wěn)定，系統(tǒng)的跟蹤誤差e(t)收斂于零。被控對象為一個具有三環(huán)結(jié)構(gòu)的伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)在程序中給出描述，系統(tǒng)輸入信號的采樣時間為1ms，輸入指令為正弦疊加信號：，其中A=1.0，F(xiàn)=1.0.u（t）為控制器的輸出，伺服系統(tǒng)參數(shù)為：，b=0.50, , , .則，。程序如chap02如圖2-8.曲線圖3-5，曲線圖3-6，曲線圖3-7.圖2-8三調(diào)試后的波形圖圖3-1 正弦疊加信號跟蹤圖3-2正弦疊加信號跟蹤圖3-3 正弦疊加信號跟蹤圖3-4 正弦疊加信號跟蹤圖3-5圖3-6與圖3-7四設(shè)計心得與體會兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)的知識，也培養(yǎng)了我如何把握一件事情，如何去做一件事情，又如何較好地完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，與同學(xué)相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，學(xué)會了做人與處世。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不可少的一個過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次設(shè)計，我深深體會這句千古名言的真正含義。我用兩周的時間認(rèn)真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。通過這次電機拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計，本人學(xué)到了伺服系統(tǒng)三環(huán)的PID控制原理。伺服系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)為典型的直流電動驅(qū)動機構(gòu)，電機輸出軸直接與負(fù)載轉(zhuǎn)動軸相連，為使系統(tǒng)具有較好的速度和加速度性能，引入測速機信號作為系統(tǒng)的速度反饋，直接構(gòu)成模擬式速度回路。由高精度圓感應(yīng)同步器與數(shù)字變換裝置構(gòu)成數(shù)字式角位置伺服回路。在這次設(shè)計過程中，體現(xiàn)自己能力以及綜合運用知識的能力，體會了學(xué)以致用，突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。在此感謝我們的楊陽老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思維給予我無盡的啟迪；這次的每個實驗細節(jié)和每個數(shù)據(jù)都離不開老師的信心指導(dǎo)，幫助我能夠很順利的完成課程設(shè)計。五參考文獻1.先進PID控制及其MATLAB仿真 電子工業(yè)出版社 20022.電力拖動自動控制系統(tǒng) 機械工業(yè)出版社 2003畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表姓 名學(xué)號專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計）題目指導(dǎo)教師評價：