2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  課 程 設(shè) 計</b></p><p>  課程名稱 自動控制系統(tǒng) </p><p>  題目名稱 直流調(diào)速系統(tǒng)的計算機仿真研究 </p><p>  學(xué)生學(xué)院 自動化 </p><p>  專業(yè)班級

2、 </p><p>  學(xué) 號 </p><p>  學(xué)生姓名 </p><p>  指導(dǎo)教師 </p><p><b>

3、;  課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>  一、課程設(shè)計的內(nèi)容</b></p><p>  利用自動控制系統(tǒng)與計算機仿真等課程知識,掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計方法。在計算機環(huán)境下完成控制系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試,以及實驗,進一步鞏固和提高系統(tǒng)觀念,掌握所學(xué)的理論知識。 </p><p>  二、課程設(shè)計的

4、要求與數(shù)據(jù)</p><p>  設(shè)計一個由三相零式晶閘管裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),其基本數(shù)據(jù)如下:</p><p>  直流電動機:Pn=58kW, Un=220V, In=280A, nn=1000r/min,Ce=0.2V/(r*min^-1).</p><p>  主回路總電阻:R=0.18Ω</p><p>  晶閘管裝置放

5、大倍數(shù):Ks=30</p><p>  電磁時間常數(shù):T1=0.018s</p><p>  機電時間常數(shù):Tm=0.130s</p><p>  反饋濾波時間常數(shù):Toi=0.0028s,Ton=0.0138s</p><p>  額定轉(zhuǎn)速是的給定電壓:Un*=15V</p><p>  調(diào)節(jié)器的飽和輸出電壓:10V

6、</p><p>  系統(tǒng)得調(diào)速范圍:D=11</p><p> ?。?)確定電流反饋系數(shù)β和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α,假設(shè)起動電流限制在280A以內(nèi)。</p><p>  (2系統(tǒng)的靜動態(tài)指標為:無靜差。動態(tài)指標為:電流超調(diào)量σi%<6% ,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn%<11%,調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40KΩ。</p><p> 

7、 三、課程設(shè)計應(yīng)完成的工作</p><p>  1.完成直流調(diào)速系統(tǒng)的建模與實驗;</p><p>  2.根據(jù)課程設(shè)計的系統(tǒng)性能指標的要求,完成系統(tǒng)電壓、電流環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)計;</p><p>  3.利用MatLab工具軟件完成所設(shè)計系統(tǒng)的仿真實驗,驗證所設(shè)計系統(tǒng)的合理性;</p><p>  4.實驗完成后,提交課程設(shè)計及實驗報告一份。&

8、lt;/p><p>  四、課程設(shè)計進程安排</p><p>  五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻</p><p> ?。?]馮垛生、鄧則名等.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].廣州:廣東科技出版社,2001年</p><p><b>  目 錄</b></p><p>  摘要…………………………

9、……………………………………………………5</p><p>  1.設(shè)計內(nèi)容…………………………………………………………………………5</p><p>  2.電流環(huán)的設(shè)計……………………………………………………………………5</p><p>  3.轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計……………………………………………………………………6</p><p>  4.

10、系統(tǒng)仿真…………………………………………………………………………8</p><p>  5.心得體會…………………………………………………………………………13</p><p>  6.參考文獻…………………………………………………………………………13</p><p><b>  摘要:</b></p><p>  本

11、次設(shè)計按工程設(shè)計的方法設(shè)計直流電動機電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的設(shè)計原則,先設(shè)計出電流環(huán),再將其作為轉(zhuǎn)速環(huán)的一個環(huán)節(jié)處理,設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。按設(shè)計要求完成雙環(huán)的控制器設(shè)計后,應(yīng)用Matlab7進行系統(tǒng)仿真檢驗。</p><p>  關(guān)鍵詞: 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),Matlab仿真</p><p><b>  設(shè)計內(nèi)容:</b></p><p>

12、;  設(shè)計一個由三相零式晶閘管裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),其基本數(shù)據(jù)如下:</p><p>  直流電動機:Pn=58kW, Un=220V, In=280A, nn=1000r/min,Ce=0.2V/(r*min^-1).</p><p>  主回路總電阻:R=0.18Ω</p><p>  晶閘管裝置放大倍數(shù):Ks=30</p><

13、p>  電磁時間常數(shù):T1=0.018s</p><p>  機電時間常數(shù):Tm=0.130s</p><p>  反饋濾波時間常數(shù):Toi=0.0028s,Ton=0.0138s</p><p>  額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓:Un*=15V</p><p>  調(diào)節(jié)器的飽和輸出電壓:10V</p><p>  系統(tǒng)

14、的調(diào)速范圍:D=11</p><p> ?。?)確定電流反饋系數(shù)β和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α,假設(shè)起動電流限制在280A以內(nèi)。</p><p> ?。?系統(tǒng)的靜動態(tài)指標為:無靜差。動態(tài)指標為:電流超調(diào)量σi%<6% ,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn%<11%,調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40KΩ。</p><p><b>  電流環(huán)的設(shè)計</b>

15、;</p><p>  根據(jù)設(shè)計要求,σi%<6%,無靜差。則電流環(huán)應(yīng)校正成典型I型系統(tǒng)。三相零式晶閘管供電裝置中晶閘管的失控時間為:</p><p>  Ts=1/(2mf)=1/(2*3*50)s=0.0033s</p><p>  電流環(huán)的小時間常數(shù)為</p><p>  T∑i=Ts + Toi=0.0033s+0.0028s=

16、0.0061s</p><p>  ACR選用PI調(diào)節(jié)器,WACR(S)=Ki(τi S+1)/τi S</p><p>  查表取KT=0.5(見文獻【1】P58表3-2)</p><p>  電流環(huán)的開環(huán)放大系數(shù):</p><p>  KI=wi=1/(2T∑i)=1/(2*0.0061)=82.0</p><p>

17、;<b>  電流調(diào)節(jié)器的參數(shù):</b></p><p>  τi=T1= 0.018s </p><p>  β=Uw/1.1In=10V/(1.1*280A)=0.0325V/A </p><p>  Ki=(KIτiR)/(βKs)=(82.0*0.018*0.18)/(0.032*30)=0.273</p><

18、p>  電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖所示,</p><p>  取R0=40KΩ,則</p><p>  Ri=KiR0=0.273*40KΩ=10.92KΩ,可選Ri=11KΩ;</p><p>  Ci=τi/Ri =0.018*1000/11uF=1.64uF,可選Ci=1.5uF;</p><p>  Coi=4Toi/R0=4*0.0

19、028*1000/40uF=0.28uF,可選Coi=0.27uF .</p><p>  按上述參數(shù),電流環(huán)可達到的跟隨性能指標為</p><p>  σi%=4.3%<6%</p><p><b>  滿足設(shè)計要求。</b></p><p><b>  近似條件校驗:</b></p&

20、gt;<p>  晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件:wci≦1/(3Ts)</p><p>  1/(3Ts)=1/(3*0.0033)=100.1>82.0=wci</p><p>  忽略反電動勢對電流環(huán)影響的近似條件:wci≧3(1/TmT1)^(1/2)</p><p>  3(1/TmT1)^(1/2)=3(1/(0.130*0.018))^

21、(1/2)=62.0<82.0</p><p>  小時間常數(shù)環(huán)節(jié)的近似處理條件:wci≦(1/3)*(1/TsToi)^(1/2)</p><p>  (1/3)*(1/TsToi)^(1/2)=109.7>82.0</p><p>  三項近似處理均滿足近似條件。</p><p><b>  轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計:</

22、b></p><p>  電流環(huán)的等效時間常數(shù)為2T∑i=2*0.0061s=0.0122s</p><p>  轉(zhuǎn)速環(huán)的小時間常數(shù)為T∑n=2T∑i+Ton=0.0122s+0.0138s=0.0260s</p><p>  因為設(shè)計要求靜態(tài)無差,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器可采用PI調(diào)節(jié)器。為了減少退飽和超調(diào)量,并具有較強的抗干擾能力,可按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

23、的傳遞函數(shù)為WASR(S)=Kn(τn S+1)/τn S。</p><p>  由超調(diào)量指標:σn%<11%,可知,</p><p>  σn%=(△Cmax/Cb%)×2(λ-Z)×(△nn*×T∑n)/(n*×Tm)<11%</p><p>  nn=(InR)/Ce=(280*0.18)/0.2 r/min

24、=252 r/min</p><p>  n*=nn=1000r/min</p><p>  取Z=0,而λ=1.1,所以有:</p><p>  △Cmax/Cb%<99.2%</p><p>  按跟隨與抗擾性能都較好的原則,查表取h=5(見文獻【1】P64表3-6),則ASR的時間常數(shù)為</p><p> 

25、 τn =hT∑n=5*0.0260s*=0.130s</p><p>  轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)放大倍數(shù)為</p><p>  KN=(h+1)/(2h^2*T∑n^2)=6/(50*0.026^2)=177.5</p><p>  ASR的比例放大系數(shù)為</p><p>  α=Un*/nn=15V/(1000r/min)=0.015V.min/r

26、</p><p>  Kn =[(h+1)βCeTm]/(2hRαTn)</p><p> ?。?6*0.032*0.2*0.13)/(10*0.18*0.015*0.026)</p><p><b>  =7.11</b></p><p>  轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如下:</p><p>  取R0=

27、40KΩ,則</p><p>  Rn=KnR0=7.11*40KΩ=284.4KΩ,可選Rn=270KΩ</p><p>  Cn=τn/Rn=1000*0.130/40uF=0.325uF,可選Cn=0.33μF </p><p>  Con=4Ton/R0=4*0.0028*1000/40uF=0.28,可選Con=0.27μF</p><

28、p><b>  又知</b></p><p>  σn%=(△Cmax/Cb%)*2(λ-Z) △nn n* *T∑n/n*Tm</p><p>  當h=5時,查表得△Cmax/Cb%=81.2% ,</p><p>  此時σn%=9.0%<11%, 滿足超調(diào)量指標要求。</p><p><b&g

29、t;  最后檢驗近似條件:</b></p><p>  ωcn =KN/ω1=KNτn=177.5*0.130=23.1<ωci</p><p>  電流環(huán)傳遞函數(shù)的近似條件:ωcn≤1/(5 T∑i)</p><p>  1/(5T∑i) =1/(5*0.0061)=32.8>ωcn</p><p>  (2)小時間

30、常數(shù)環(huán)節(jié)近似條件: ωcn≤1/3√—(1/2 T∑iTon)</p><p>  1/3*√—[1/(2 T∑iTon)]=25.7>ωcn</p><p>  以上兩項都滿足近似條件。</p><p><b>  系統(tǒng)仿真</b></p><p>  雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下:</p>&l

31、t;p><b>  MatLab仿真</b></p><p><b>  1、電流環(huán)仿真</b></p><p><b>  (截圖)</b></p><p><b>  結(jié)果:</b></p><p><b>  超調(diào)量 :</b&

32、gt;</p><p>  σ%=(323.1-307.7)/307.7=5.0%</p><p><b>  滿足超調(diào)指標。</b></p><p><b>  2.雙閉環(huán)系統(tǒng):</b></p><p><b>  仿真結(jié)果:(截圖)</b></p><p

33、><b>  電流環(huán)輸出:</b></p><p><b>  轉(zhuǎn)速環(huán)輸出:</b></p><p><b>  3、伯德圖:</b></p><p> ?。?)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b> ?。?)電流環(huán):</b>

34、;</p><p>  開環(huán)傳遞函數(shù):G1=(1/β)/(2T∑i S+1)=(1/0.0325)/(2*0.0061S+1)</p><p>  =30.77/(0.0122S+1)</p><p>  由命令g1=tf([30.77],[0.0122 1]);bode(g1) </p><p>  可得電流環(huán)的伯德圖:</p>

35、<p><b>  (截圖)</b></p><p><b>  轉(zhuǎn)速環(huán)的伯德圖:</b></p><p>  轉(zhuǎn)速環(huán)的近似處理開環(huán)傳遞函數(shù):</p><p>  G2=KN (τn S+1)/S^2(T∑nS+1)=177.5*(0.130S+1)/S^2(0.026S+1)</p><

36、p>  =(23.075S+177.5)/(0.026S^3+S^2)</p><p>  由命令G2=tf([23.075 177.5],[0.026 1 0 0]);bode(G2)</p><p>  可得伯德圖:(截圖)</p><p><b>  心得體會:</b></p><p>  通過本次課程設(shè)計,

37、體會最深的就是對所學(xué)內(nèi)容的深刻認識。在設(shè)計之初以為自己所學(xué)已很牢固,然而動手之后才發(fā)現(xiàn)許多東西,要么知其然不知其所以然,要么根本無從下手?;仡櫫苏n本及查閱了相關(guān)資料后才有整體的認識,對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)才有了進一步的認識。還有學(xué)會了Matlab仿真的應(yīng)用。</p><p><b>  參考文獻:</b></p><p>  馮垛生、鄧則名等.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].廣

38、州:廣東科技出版社,2001年</p><p>  飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心編著.MATLAB7輔助控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真.北京:電子工業(yè)出版社,2005.3</p><p>  線性控制系統(tǒng)工程:英文/(美)德賴斯(Driels,M.)著.北京:清華大學(xué)出版社,2000.12</p><p>  劉衛(wèi)國主編.-2版.-北京:高等教育出版社,2006.7(2007重印)&l

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