自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)_7.5

課程設(shè)計(jì)目錄第一章設(shè)計(jì)任務(wù)211設(shè)計(jì)目標(biāo)212客觀條件3第二章系統(tǒng)建模321實(shí)驗(yàn)原理322系統(tǒng)參數(shù)測(cè)定4第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)731設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器832設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1033MATLAB仿真12第四章系統(tǒng)調(diào)試1441單元調(diào)試1442系統(tǒng)調(diào)試1543轉(zhuǎn)速環(huán)整定1544系統(tǒng)性能測(cè)定15第五章系統(tǒng)評(píng)估1751系統(tǒng)實(shí)際性能評(píng)價(jià)1752系統(tǒng)誤差分析1853實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題18結(jié)束語(yǔ)18參考文獻(xiàn)19附件原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)單第一章設(shè)計(jì)任務(wù)11設(shè)計(jì)目標(biāo)采用PI調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足需要，因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心隨意的控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程，所以為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接，如下圖11A所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。系統(tǒng)中已知條件性能指標(biāo)需要達(dá)到的性能指標(biāo)是靜態(tài)S5D3動(dòng)態(tài)I5N10最大速度給定UNM5V最大電流給定UIM5V最大電樞電流IDM14A電流反饋強(qiáng)度5V/14A速度反饋強(qiáng)度5V/1450RPM調(diào)節(jié)器輸入電阻R020K調(diào)節(jié)器輸入濾波電容C0I0224F系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下圖11B所示12客觀條件實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、MCLIII型電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。2、GDM8145萬(wàn)用電表。3、TEKTRONIXTDS1012型示波器（100HZ1G/S）。4、DM6243LCMETER電感表。第二章系統(tǒng)建模21、實(shí)驗(yàn)原理待測(cè)參數(shù)1電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)阻RA電勢(shì)轉(zhuǎn)速系數(shù)CE2整流電源等效內(nèi)阻RN放大系數(shù)KS3平波電感直流內(nèi)阻RD4電樞回路總電阻RRARNRD電磁時(shí)間常數(shù)TL機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM22系統(tǒng)參數(shù)測(cè)定整流電源等效內(nèi)阻RN（伏安法）條件電機(jī)靜止，電樞回路外串限流電阻固定控制信號(hào)UCT大小，05AID1A實(shí)驗(yàn)等效電路圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)/V277V281V/A09A0510，2812770509電樞內(nèi)阻RA、平波電感內(nèi)阻RD測(cè)量方法伏安法電機(jī)靜止，電樞回路外串限流電阻固定控制信號(hào)UCT大小，ID1A使電樞處于三個(gè)不同位置（約120O對(duì)稱）進(jìn)行三次測(cè)量URA，URD，ID，求RA，RD的平均值21DNIUR實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)/V203V20152022/V112011221122/A089089089228122642272125812611261的平均值（228122642272）32272的平均值（125812611261）31260電動(dòng)機(jī)電勢(shì)轉(zhuǎn)速系數(shù)方法（1）切除電樞回路外串限流電阻，電機(jī)空載運(yùn)行（2）調(diào)節(jié)控制信號(hào)大小，得到兩組數(shù)據(jù)/V196V173VNR/MIN133411760146VMIN/R12DEUC19617313341176整流電源放大系數(shù)方法（1）分級(jí)調(diào)節(jié)控制信號(hào)UCT大小，并保持ID1A（2）測(cè)量每一組UCT，UD，ID，數(shù)據(jù)應(yīng)大于10組以上，測(cè)量上限不低于最大理想空載整流輸出電壓UD0MAX（3）按UD0UDIDRN作出電源輸入輸出特性曲線用EXCEL生成，下圖（4）取線性段23段，求其斜率平均值得KS實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)28026024022020018016014012010032252208176149129111096083069050460410390350310280240200170285264624412239203518311628142412201017005115225335050100150200250300計(jì)算方法（22391424）（176096）10188120CTTDUKS電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)測(cè)量方法（1）斷開(kāi)電樞回路連線（2）使用電感表測(cè)量電樞回路總電感量L電路圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)05420352利用公式，（05420352）（）ADLRLT0894（1022721260）00197S電樞回路機(jī)電時(shí)間常數(shù)測(cè)量方法（1）電機(jī)空載，突加給定，并使起動(dòng)峰值電流達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定最大電流IDM（2）記錄ID波形，由下列公式計(jì)算TM，EACRUNDTNGDICITZMAZ3752TDIITIGDTIAZAMEMZA3752DZMDZMTTABAISITTBA波形如圖所示DLA電感表DZMDZMTTABAISITTBA面積S經(jīng)過(guò)估算為00445，00445（8912）00577S第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖如下31設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)TL遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的影響，可以暫且把反電動(dòng)勢(shì)的作用去掉，得到電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖，如下圖A，B，C所示2確定時(shí)間常數(shù)1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù),三相橋式電路的平均時(shí)間00017S2）電流濾波時(shí)間常數(shù)/40224F20K/4112MS03）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和000282ST3選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求I5，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，檢查電源電壓的抗干擾性能00197/000282699，參照書(shū)上的關(guān)系表，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。4計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間參數(shù)00197。T電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益要求I5時(shí)，應(yīng)取05,因此05/05/000282177301于是，ACR的比例系數(shù)為R/1773001974532/101883570435T5校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率CI1773011）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件1/3000171961CI131滿足近似條件。2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件338898CI1100197005771滿足近似條件。3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件24157CI131滿足近似條件。6計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容已知R020K，電阻R0043520K87K/00197/8700226F22T1066F按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為I435，滿足設(shè)計(jì)要求。32設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。1用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中的電流環(huán)以后，這個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)如下圖A，B，C所示2確定時(shí)間常數(shù)1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/，由上面計(jì)算得05，則1/22000282000564S2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電紋波情況，可得000112S3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取1/000564S000112000676S3選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器。4計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取H5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為H500067600338S，T轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益6/2500067626260，12H2ASR比例系數(shù)為6357014600577/25000345453200067（1）B2HA617075校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為CN/14906007823836T11）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為8358CN，滿足1313177300028211簡(jiǎn)化條件。2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為4438CN131317730011，滿足近似條件。6計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)已知條件，取20K，則03414K，00099FT/7校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)H5時(shí)，查表克制，N376，不能滿足設(shè)計(jì)要求，因?yàn)楸硎前淳€性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況計(jì)算超調(diào)量N2（）（Z）28121510001564005771445320146146033MATLAB仿真系統(tǒng)的MATLAB仿真圖如下圖所示U5V，負(fù)載ID014A時(shí)，ID的波形如下I（14213）1310092N的波形如下N（15001450滿足系統(tǒng)要求U5V，負(fù)載ID07A時(shí)，ID的波形如下I（142134）13410060N的波形如下N（14901460）146010020510，滿足系統(tǒng)要求由上圖可計(jì)算U5V，負(fù)載ID014A時(shí)，I（14213）13100925，不滿足系統(tǒng)要求，這可能是在處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行近似或簡(jiǎn)化處理過(guò)程中所引起的。N（15001450滿足系統(tǒng)要求。U5V，負(fù)載ID07A時(shí)，I（142134）13410060略大于5，這可能是在數(shù)據(jù)的處理過(guò)程中做的近似處理所引起的，N（14901460）146010020510，滿足系統(tǒng)要求。第四章系統(tǒng)調(diào)試41單元調(diào)試整定調(diào)節(jié)器ACR、ASR的運(yùn)放輸出限幅值1）將零速封鎖器置于“解除”狀態(tài)；2）按調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)參數(shù)RN3414K、CN0099F、RI87K、CI226F將ASR、ACR接成PI調(diào)節(jié)器；3）選擇調(diào)節(jié)器任意有效輸入端，分別加入正、負(fù)輸入電壓信號(hào)（任意小大）；4）測(cè)量ASR、ACR的輸出信號(hào)大小，并適當(dāng)調(diào)節(jié)各自的正、負(fù)限幅電位器（RP1或RP2），直至輸出電壓為設(shè)定限幅值（ASR為5V,ACR為7V）。42系統(tǒng)調(diào)試電流環(huán)整定1）斷開(kāi)電機(jī)勵(lì)磁電源，電樞回路串聯(lián)最大電阻450；2）將電流反饋（FBCFA）輸出信號(hào)UI接入ACR輸入端（“1”端），給定信號(hào)UI由給定單元加入ACR的另一輸入端（用電流表接入電路確定極性）；2）ACR輸出信號(hào)接至移相電路輸入端（“UCT”）；4）接通主電源，緩慢增加給定UI至25V大小，再將電樞回路串聯(lián)電阻450逐漸減小為零，監(jiān)測(cè)電樞電流大小，并適當(dāng)調(diào)節(jié)電流反饋強(qiáng)度（FBCFA電位器RP1）,使電流達(dá)到設(shè)定強(qiáng)度（07A）；43轉(zhuǎn)速環(huán)整定1）將測(cè)速裝置輸出信號(hào)接入速度變換器輸入端（FBS的“1”“2”端），F(xiàn)BS的輸出端分別接至ASR輸入端“1”和DZS（零速封鎖器）的“2”端；同時(shí)DZS的“1”端介入給定信號(hào)UN；2）ASR的輸入“2”端接給定信號(hào)，輸出端接ACR任意有效輸入端，替代ACR原有的給定信號(hào)UI；3）接通電機(jī)勵(lì)磁電源，切除電樞回路串聯(lián)電阻；4）將零速封鎖器置于“封鎖”狀態(tài)；5）加入給定UN，使電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)UN5V時(shí)，調(diào)節(jié)FBS的反饋系數(shù)電位器RP,使速度達(dá)到指定值（1450R/MIN）。44系統(tǒng)性能測(cè)定1）動(dòng)態(tài)性能電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，突加最大給定UN5V，觀察電樞電流ID和轉(zhuǎn)速N的波形，在設(shè)計(jì)參數(shù)基礎(chǔ)上調(diào)整ACR、ASR的PI參數(shù)，使之滿足設(shè)計(jì)要求，記錄ID、N的波形并計(jì)算I和N；記錄ACR、ASR的最終整定PI參數(shù)值。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，ACR、ASR的最終整定PI參數(shù)值為RN764KCN01FRI115KCI4FID、N的實(shí)驗(yàn)波形如圖所示I455，滿足系統(tǒng)要求。464444N810，滿足系統(tǒng)要求。55452）靜態(tài)性能在調(diào)速范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)UN5V和5/3V，分別測(cè)量2條電動(dòng)機(jī)靜特性曲線（每條特性由空載點(diǎn)到額定負(fù)載點(diǎn)不少于6組數(shù)據(jù)）,并7計(jì)算靜差率S。UN5V時(shí)ID（A）036039043050059069081N（R/MIN）1421142114201419141714161414靜差率SN/NO100（14501418）145022UN5/3V時(shí)ID（A）015018020022028036063N（R/MIN）396396396393394394392靜差率SN/NO100（410394）41034從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖標(biāo)觀察，UN5V或5/3V時(shí)，系統(tǒng)的靜差率都較小，圖形幾乎為一條直線，轉(zhuǎn)速很穩(wěn)定。第五章系統(tǒng)評(píng)估51系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)理論設(shè)計(jì)RN3414KCN0099FRI87KCI226F調(diào)試結(jié)果RN764KCN01FRI115KCI4F由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得I455，N810，均滿足系4644445545統(tǒng)要求，且系統(tǒng)在UN5V時(shí)，靜差率S22；UN5/3V時(shí)靜差率S34均5，所以當(dāng)改變負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)具有很好的抗干擾性能，能夠很好的克服擾動(dòng)，并且穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)靜差。暫態(tài)相應(yīng)較快，過(guò)渡時(shí)間較短，滿足調(diào)速范圍D3。當(dāng)電機(jī)所加負(fù)載過(guò)重時(shí)，電樞電流能很好的抑制在最大電樞電流里以內(nèi)。綜上所述，整個(gè)系統(tǒng)整定符合設(shè)計(jì)要求。52系統(tǒng)誤差分析理論設(shè)計(jì)值RN3414K，RI87K，CN0099F，CI226F，實(shí)驗(yàn)所得值RN764K，RI115K，CN01F，CI4FRN的誤差（3414764）3414100776，RI的誤差（87115）87100322CN的誤差（010099）0099100101CI的誤差（4226）226100770。實(shí)驗(yàn)中，由于人為讀數(shù)有估讀的情況，操作的過(guò)程中操作不規(guī)范等，導(dǎo)致讀數(shù)時(shí)存在一定的誤差。這屬于認(rèn)為因素。實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，有系統(tǒng)有時(shí)不穩(wěn)定的情況存在，導(dǎo)致表的指針有輕微搖擺，顯示器不停的變化，不能靜止。這屬于系統(tǒng)誤差。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)儀器本身存在一些影響測(cè)量的因素，如電線的電阻、通電后會(huì)有電磁場(chǎng)，影響電容電感等一些敏感性器件。這是實(shí)驗(yàn)條件下的誤差。得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以后，在建模的過(guò)程中、數(shù)據(jù)計(jì)算、處理等會(huì)有近似處理。有關(guān)TM的計(jì)算過(guò)程中需要求出相應(yīng)部分的面積，這個(gè)過(guò)程會(huì)存在一定的誤差。這是計(jì)算誤差。選用的