单闭环无静差直流调速系统的时域分析

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1、邢台学院物理系《自动控制理论》课程设计报告书设计题目：单闭环无静差直流调速系统的时域分析专业：自动化班级：学生姓名:学号:指导教师：2013年3月24日邢台学院物理系课程设计任务书专业：自动化班级：学生姓名学号课程名称自动控制理论设计题目单闭环无静差直流调速系统的时域分析设计目的、主要内容（参数、方法）及要求直流调速系统各部分原理简介及传递函数建模分析单闭环直流调速系统的性能并对其进行时域分析基于MATLAB的时域分析工作量2周进度安排3月11日至3月13日，准备资料；3月13日至3月22日，编写；3月23日至3月2

2、4日，制图。主要参考资料[1]谢红卫.现代控制系统.高等教育出版社，2007[2]黄坚.自动控制原理.高等教育出版社，2003[3]黄忠霖.自动控制原理的MATLAB实现.国防工业出版社，2007[4]陈伯时.电力拖动自动控制.北京：机械工业出版社，2008[5]梁虹，普园媛，梁洁.信号与线性系统分析[M].高等教育出版社，2006指导教师签字系主任签字年月日摘要单闭环无静差直流调速系统是把转速作为系统的被调节量，通过对给定电压的控制来实现对电动机转速控制的调速系统。它能够检测误差，纠正误差，有效地解决调速范围与静差

3、率的矛盾，抑制消除扰动造成的影响，并且采用了比例积分调节器，从而实现了无静差调速。由于其优良的调速性能，在工农业生产中获得了广泛的应用，为工业生产，交通运输，楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产、生活发生了巨大的变化。本次课程设计以单闭环无静差直流调速系统为例，研究控制系统的性能，并对单闭环无静差直流调速系统进行时域分析。关键词：单闭环无静差直流调速系统时域分析超调量调节时目录1单闭环无静差直流调速系统简介11.1系统原理11.2系统的整体设计11.3电流截止负

4、反馈简介21.4各环节简介及传递函数31.4.1比例积分放大器31.4.2晶闸管整流器41.4.3额定励磁下的直流电动机52单闭环无静差直流调速系统的时域分析72.1系统动态结构图72.2动态性能分析82.3稳态性能分析103基于MATLAB的时域分析104总结体会14参考文献141单闭环无静差直流调速系统简介1.1系统原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反

5、馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。在本设计中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例

6、积分)调节。这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。1.2系统的整体设计单闭环无静差直流调速系统调速系统原理图151.3电流截止负反馈简介直流电动机全电压起动时，如果没有采取专门的限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电动机换向不利，对于过载能力低的晶闸管等电力电子器件来说，更是不允许的。系统中必须设有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制的基本概念，要维持某个物理量基本不变，只要引入该物理的负反馈就可以了。所以，引入电流负反馈能够保持电

7、流不变，使它不超过允许值。但是，电流负反馈的引入会使系统的静特性变得很软，不能满足一般调速系统的要求，电流负反馈的限流作用只应在起动和堵转时存在，在正常运行时必须去掉，使电流能自由地随着负载增减。这种当电流大到一定程度时才起作用的电流负反馈叫做电流截止负反馈。直流调速系统中的电流截止负反馈环节如下图所示，电流反馈信号取自串入电动机电枢回路中的小阻值电阻，正比于电流。设为临界的截止电流，当电流大于时，将电流负反馈信号加到放大器的输入端；当电流小于时，将电流反馈切断。为了实现这一作用，需引入比较电压，图a中用独立的直流电

8、源作为比较电压，其大小可用电位器调节，相当于调节截止电流。在与之间串接一个二极管VD，当>时，二极管导通，电流负反馈信号即可加到放大器上去；当时，二极管截止，消失。图b利用稳压管VS的击穿电压作为比较电压，线路要简单得多，但不能平滑调节截止电流值。151.4各环节简介及传递函数1.4.1比例积分放大器比例积分调节器（PI调节器）可以使系统在无静