自动控制系统课程设计

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1、课程设计任务书专业班级姓名设计起止日期设计题目：设计任务（主要技术参数）：指导教师评语：成绩：签字：年月日双闭环直流调速系统的设计班级：08t自动化1学号：T0856120姓名：周瑜指导教师：李雪飞设计时间：2011.12.20-2011.12.24目录1课程设计的目的………………………………………………………………12课程设计的主要内容…………………………………………………………12.1系统的组成……………………………………………………………………12.2系统的工作原理………………………………………………………………22.3系统的

2、静特性分析……………………………………………………………22.4系统的动态过程分析…………………………………………………………32.5电流调节器的设计……………………………………………………………42.6转速调节器的设计……………………………………………………………72.7电流环的仿真…………………………………………………………………92.8转速环的仿真…………………………………………………………………112.9过电流保护……………………………………………………………………163设计结果分析………………………………………………………

3、……………173.1电压变化和负载变化引起的扰动情况………………………………………173.2转速、电流双闭环直流调速系统存在的缺点及解决方案…………………183.3电流调节器和转速调节器的作用……………………………………………193.4采用转速电流双闭环直流调速系统的理由……………………………194设计心得体会……………………………………………………………………21参考文献……………………………………………………………………………22课程设计说明书NO.11课程设计的目的《自动控制系统课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。目的

4、是使学生巩固和加深课程的理论知识，结合实际，融会贯通。进一步培养学生独立分析和解决实际工程技术问题的能力。充分发掘自身的潜力，开拓思路设计双闭环直流调速系统。并掌握其系统的组成、工作原理、调节器的设计及Simulink仿真等内容，同时在计算、绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后的学习工作奠定基础。2课程设计的主要内容2.1系统的组成如图1所示，为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，即转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR），二者之间实行嵌套（或称串级）连接，且都带有输出限幅电路。把转速调节器的输出

5、当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统[1]。图中ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，TG为测速发电机，TA为电流互感器，UPE为电力电子变换器，为转速给定电压，为转速反馈电压，为电流给定电压，为电流反馈电压。图1双闭环直流调速系统沈阳大学课程设计说明书NO.22.2系统的工作原理如图2所示，图中标出了两个调节器输入输出的电压的实际极性，他们是按照电力电子变换器的控制电压U为正电压的情况标出的，

6、并考虑到运算放大器的倒相作用。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。在启动过程中由于外环很快达到饱和，只有电流负反馈起作用，此时相当于在最大允许起动转矩的情况下进行恒流起动，系统能获得最大的加速度，且电流和转速负反馈分别加到两个调节器的输入端，到达稳态转速后，转速环起作用，系统进行转速调节，使转速稳定，此时电流环只起跟随作用，这样就可以实现准时间最优控制，使系统能够获得良好的静、动态性能。图2双闭环直流调速系统电路原理图2.3系统的静特性分析双闭环直流调速系统的稳态结构如图3所示，两个调节器均采用带限

7、幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压U决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压U限制了电力电子变换器的最大输出电压U[1]。分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征，一般使存在两种状况：饱和—输出达到限幅值，不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出达到限沈阳大学课程设计说明书NO.3幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压△U

8、在稳态时为零。图3双闭环直流调速系统的稳态结构图——转速反馈系数——电流反馈系数2.4系统的动态过程分析双闭环直流调速系统突加给定电压U由静止状态起动时，转速和电流的动态起动过程如图4所示。由于在启动过程中，转速调节器ASR历经了不饱