自动控制原理课程设计(直流电机同步控制)

1目录一、自动控制原理课程设计题目................................................................................2二、摘要........................................................................................................................2三、控制对象的分析....................................................................................................31.工作原理.............................................................................................................32.系统运行方框图.................................................................................................33.分析系统过程.....................................................................................................44.建立数学模型求系统的传递函数.....................................................................45.传递函数的表示...............................................................................................86．系统校正.........................................................................................................97.利用Matlab进行仿真...................................................................................15四、总结体会..............................................................................................................16五、参考文献..............................................................................................................17六、附录......................................................................................................................181.手工绘制的微分校正的根轨迹图及校正网络.............................................182.手工绘制的相位超前校正的幅特特性.........................................................183.手工绘制的相位超前校正的相频特性及其校正网络.................................184.频域法矫正的Matlab仿真...........................................................................182一、自动控制原理课程设计题目描述：两台直流电动机启动后，当一台电动机到达设定速度后，另一台电动机在响应时间内到达同一速度，并保持两台电动机同步运行。控制系统中各组成环节及参数如下：直流电动机（他励）参数：励磁线圈电阻20fr，电感HLf2,扭矩常数AMNCT/).(5,211min,/1500,8.9,110,85.0mkgJrnAIVUkWPNNN设计要求：1.根据速度跟踪原理图建立系统数学模型。2.画出速度跟踪系统的方框图。3.当系统不稳定时，要求对系统进行校正，校正后满足给定的性能指标。4.稳定性分析:A频域法校正系统在最大指令速度(VK)为180（度/秒）时，相应的位置滞后误差不超过1度（稳态误差）；相角裕度为345度，幅值裕度不低于6分贝；过渡过程的调节时间不超过3秒。B根轨迹法校正最大超调量%3%过渡过程时间2st秒；静态速度误差系数5vK秒.5.校正网络确定后需代入系统中进行验证，计算并确定校正网络的参数。6.Matlab进行验证7.搭建电路进行验证（注：手工绘图（幅频、相频及根轨迹图））二、摘要针对双电机同步驱动控制在负载发生扰动时同步控制性能较差的问题,建立了两台直流电动机同步控制系统（速度控制）的数学模型。主要解决的问题是对两台直流电动机同步控制系统结构图进行分析，画出结构框图，算出传递函数，并对其进行频域校正和根轨迹校正，找到合适的解决办法，构建校正网络电路，从而使得系统能够满足要求的性能指标。可有效解决控制系统快速性和平稳性的矛盾,使系统具有更高的同步控制精度。关键词：同步控制、传递函数、频域校正、根轨迹校正Abstract：Accordingtotwomotordrivecontrolinloadsynchronoushavedisruptionsatsynchronouscontrolperformanceispoor,setuptwosets3fordcsynchronouscontrolsystem(speedcontrol)ofthemathematicsmodel.Themainproblemistotwosetsfordcsynchronizationcontrolsystemstructureanalysis,drawadiagramofthestructure,workoutthetransferfunction,andcarriesonthefrequencydomaincorrectionandroottrajectorycorrection,findtherightsolution,constructingthecorrectionnetworkcircuit,thusmakethesystemcanmeettherequirementsoftheperformanceindex.Caneffectivelysolvethequicknessandthestabilitycontrolsystemofcontradictions,andmakethesystemhashighersynchronouscontrolprecision.Keywords：Synchronouscontrol、Thetransferfunction、Thefrequencydomaincorrection、Theroottrajectorycorrectio三、控制对象的分析1.工作原理本题目所要研究的是一个双直流电机同步驱动控制系统。在该系统中，直流电机的转速由测速传感器进行转换，由电源直接为系统提供输入量，并经过控制器和驱动电路之后，作为电机的驱动信号以驱动电机工作，再通过两个测速传感器的差值对系统进行反馈，当测速传感器的差值不等于零时，通过反馈进行调节。若差值为零，保持电机运转。2.系统运行方框图图1系统运行方框图43.分析系统过程在给定电压)(sUi输入下，电机1在控制器1及驱动电路1的作用下开始运行，控制器1将预定转速转化为信号使驱动电路作用直流电机，使之达到预定转速。同理，直流电机2在控制器2，驱动电路2的作用下运行，测速传感器2将电机2的速度数据与电机1测速传感器测得的速度数据进行比较，将电机1和电机2的速度差值作为反馈系统的输入量，通过调节，使电机1和电机2实现同步控制的目的。4.建立数学模型求系统的传递函数(1)控制器图2控制器电路图12RRK（1）CRT2（2）参数确定:我们选择的控制器，承担着对输入信号进行控制的任务，除了对干扰信号的清除作用之外，还兼具有整流作用。在整个控制过程当中，也会对输入信号的其他一些因素起到一定的影响。放大功能就是其中之一，由于在控制器之后会再直接接上驱动电路，起到真正的放大信号作用，最终实现对电机的驱动。所以控制器还是以实现控制作用为主。所以，在考虑参数的选择的时候，应该尽量考虑到对输入信号的控制和整流等，而不是使信号放大。所以选取了较长的时间常数T，而相应的电阻阻值则选择较小，具体的选择数据如下所示：5,10,2,1000,10021TKFCRR框图表示：5图3控制器方框图(2)驱动器A.功率放大电路图4功率放大器电路B.H桥驱动电路图5H桥驱动电路参数确定:我们选取驱动电路的目的，是为了对输入信号进行放大，输入一个较小的信号，经过驱动电路放大之后，使之能够达到对电机驱动的目的。在题目当中没有给出相应的输入参数的条件下，我们结合相应的实际情况，假设输入电压为5V，为了能够在通过驱动器的放大功能之后达到电机对应的额定电压110V，我们选择了功率放大器和H桥驱动电路来共同作用，以期望达到我们的目的。这里只是给出了最终的放大倍数的相应参数值，没有具体电路的参数值，在以控制为主的本部分设计当中，可以略过该部分。我们选取驱动器当中的两个器件的具体参数分别如下，其中：2,510KK框图表示:6图6驱动电路方框图(3)直流电动机图7直流电机电路图参数确定：励磁线圈电阻20fr，电感HLf2,扭矩常数AMNCT/).(5,211min,/1500,8.9,110,85.0mkgJrnAIVUkWPNNN由直流电机的等效电路图可得：aaaaaaEtiRdttdiLtU)()()(（3）aE为电枢反电势，方向与电枢电压相反)(tCEmea（4）eC为反电势系数，电磁转矩方程)()(tiCtMamm（5）mC为电机转矩系数，)(tMm为电枢产生的电磁转矩转矩平衡方程：)()()()(tMtMtfdttdJcmmmmm（6）mf:粘性摩擦系数mJ：转动惯量联立上式：)()()()()()()()(22tMRdttdMLtUCtCCfRdttdJRfLtdtdJLcacaammemmammamamma（7）电感La一般较小，此处做忽略处理得7)()()()(tMKtUKtdttdTccammmm（8）emmamamCCfRJRT电动机时间常数（9）emmammCCfRCK（10）emmaacCCfRRK电动机传递系数（11）拉普拉斯变换后得：)1(1)()(STSKsKsGmmm（12）带入电动机参数可得传递函数：48.0,6.1mmTK)148.0(6.1)(SSsG（13）框图表示：图8直流电机方框图(4)测速传感器图9测速传感器电路图参数确定：我们选用的测速传感器为霍尔传感器，能够实现将电动机的转速转换成相应8的电信号，并给以输出。根据题目要求当中的已知参数：min/1500,110rnVUNN，可以选择对应的传感器转换的系数。8011102min/60min/15003VsrK所以选取系数为8013K;框图表示：图10测速传感器方框图5.传递函数的表示图11系统函数方框图由以上各式综