自动调解原理-蒸汽机控制系统

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1、自动调节原理课题一报告图一所示系统为蒸汽机自动调节系统，蒸汽通过阀门进入蒸汽机，蒸汽机将蒸汽的热能转化为机械能，带动负载转动，输出转速为n。通过圆锥形齿轮，将蒸汽机的转速根据齿轮的比例关系进行转换得到n1，使所得的转速适于作用于有弹簧、飞锤、套筒构成的离心变速器上，并通过杠杆改变阀门的阀开度，从而起到调节蒸汽输入蒸汽机量的作用。即，输入蒸汽量大时，蒸汽机输出转速n大，从而n1大，飞锤收到的离心力大，从而对杠杆右侧的压力减小，阀门向下作用，输入蒸汽量减小。当转速变小时，杠杆右侧受到的压力增大，从而阀门开度变大，最

2、后系统可以稳定在某个稳定的期望值附近。图一蒸汽机系统1.系统框图及各部分功能。框图各部分功能介绍：蒸汽机：将输入的蒸汽转化为机械转速。离心调速器：离心调速器由弹簧、飞锤、套筒和杠杆组成。飞锤收到的离心力受转速n1影响，并作用于弹簧和套筒，从而通过杠杆影响阀门的阀开度。减速器：减速器由圆锥形齿轮完成，根据两个方向齿轮齿数起到改变转速的作用（n转到n1）。2.各部分传递函数蒸汽机部分满足二阶振荡环节，故设传递函数为：G1s=wn2s2+2ξwns+wn2最佳阻尼比ξ=0.707离心调速器满足的一阶微分环节（原因见后

3、文simulink仿真参数设置3），故设传递函数为：H1s=du/dt减速器满足比例环节，故设传递函数：H2s=K从而得到系统的传递函数为：Gs=G1s1+G1sH1sH2s3.simulink仿真参数设置1：ξ=0.707，wn=1，K=0.1。得到simulink仿真图如下图三示，并得到输出波形如下图四示。图三参数设置1的Simulink仿真图图四参数设置1输出波形结果分析：由图四可以看出，系统稳定在1左右，超调量约为0.02，系统振荡次数少，所以这组参数取值比较理想。参数设置2：ξ=0.707，wn=1，

4、K=1。得到simulink仿真图如下图五示，并得到输出波形如下图六示。图五参数设置2的Simulink仿真图图六参数设置2输出波形结果分析：由图四和图六对比可以看出，比例系数K由0.1变为1后，系统应该可以稳定在1左右，但是从图中无法得出系统稳定在何处。故，可知，增大减速器比例系数，是系统达到稳态的时间变长。参数设置3：若把一阶微分环节换成一阶惯性环节，即H1s=du/dt，变为H1s=1τs+1。与参数设置1作对比，ξ=0.707，wn=1，K=0.1不变，τ=取值为1。得到simulink仿真图如下图七示

5、，并得到输出波形如下图八示。图七参数设置3的Simulink仿真图图八参数设置3输出波形结果分析：由图六和图八对比可以看出，当离心变速器由一阶微分环节变为一阶惯性环节后，即使参数取值比较理想，系统仍很难稳定在期望值1。