电力拖动自动控制新版系统专业课程设计方案报告.doc

目录一﹑序言……………………………………………………………………………21.1设计目标…………………………………………………………………………21.2设计内容…………………………………………………………………2二﹑伺服系统基础组成原理及电路设……………………………………21.伺服系统基础原理及系统框图………………………………………………2三﹑调试后图………………………………………………………………………8四﹑设计心得和体会………………………………………………………………13五﹑参考文件…………………………………………………………………………14《电力拖动自动控制系统》课程设计汇报序言1.1设计目标和要求1.使学生深入掌握电力拖动自动控制系统理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、处理问题能力；2.使学生基础掌握常见电子电路通常设计方法，提升电子电路设计和试验能力；3.熟悉并学会选择电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定基础。1.2设计内容1、分析和设计含有三环结构伺服系统，用绘图软件（matlab）画原理图还有波形图；2、分析并了解含有三环结构伺服系统原理。二﹑伺服系统基础组成原理及电路设计2．1伺服系统基础原理及系统框图伺服系统三环PID控制原理以转台伺服系统为例,其控制结构图2-1所表示,其中r为框架参考角位置输入信号,为输出角位置信号.图2-1转台伺服系统框图伺服系统实施机构为经典直流电动驱动机构,电机输出轴直接和负载-转动轴相连,为使系统含有很好速度和加速度性能,引入测速机信号作为系统速度反馈,直接组成模拟式速度回路.由高精度圆感应同时器和数字变换装置组成数字式角位置伺服回路.转台伺服系统单框位置环,速度环和电流环框图图2-2,图2-3和图2-4所表示.图2-2伺服系统位置环框图图2-3伺服系统速度环框图图2-4伺服系统电流框图图中符号含义以下：r为位置指令；为转台转角；为PWM功率放大倍数；为速度环放大倍数；为速度环反馈系数；为电流反馈系数；L为电枢电感；R为电枢电阻；为电机力矩系数；为电机反电动势系数；J为等效到转轴上转动惯量；b为粘性阻尼系数，其中J=+，b=+，和分别为电机和负载转动惯量，和分别为电机和负载粘性阻尼系数；为扰动力矩，包含摩擦力矩和耦协力矩。假设在速度环中外加干扰为粘性摩擦模型：控制器采取PID控制+前馈控制形式，加入前馈摩擦赔偿控制表示为：式中，和为粘性摩擦模型等效到位置环估量系数，该系数能够依据经验确定，或依据计算得出。被控对象为一个含有三环结构伺服系统，伺服系统系数和控制参数在程序中给出描述，系统采样时间为1ms。取M=2，此时输入指令为正弦叠加信号：，其中A=0.5，F=0.5.考虑到，L和值很小，前馈赔偿系数和等效到摩擦力矩端得系数可近似写为：式中，为经验系数，摩擦模型估量系数和为：系统总控制输出为：式中，为PID控制输出，其三项系数为=15，=0.1，=1.5.程序如chap01控制系统simulink程序：chap01，图2-5和图2-6所表示。图2-5三环控制simulink仿真程序图2-6电机模型simulink仿真程序（1）带摩擦无前馈赔偿时仿真。正弦叠加信号跟踪图3-1和图3-2所表示，因为静摩擦作用，在低速跟踪存在“平顶”现象，速度跟踪存在“死区”现象。（2）带摩擦有前馈赔偿时仿真。正弦叠加信号跟踪图3-3和图3-4所表示，采取PID控制加前馈控制可很大程度地克服摩擦影响，基础消除了位置跟踪“平顶”和速度跟踪：死区，实现了较高位置跟踪和速度跟踪精度。伺服系统模拟PD+数字前馈控制伺服系统模拟PD+数字前馈控制原理针对三环伺服系统，设电流环为开环，忽略电机反电动系数，将电阻R等效到速度环放大系数Kd上。简化后三环伺服系统结构框图图2-7所表示，其中u为控制输入。图2-7简化后三环伺服系统结构框图采取PD加前馈控制方法，设计控制规律以下：式中，，，。即将控制律带入上式，得：取：，得到系统误差状态方程以下：因为J>0，，则依据代数稳定性判据，针对二阶系统而言，当系统闭环特征方程式系数全部大于零时，系统稳定，系统跟踪误差e(t)收敛于零。被控对象为一个含有三环结构伺服系统。伺服系统参数和控制参数在程序中给出描述，系统输入信号采样时间为1ms，输入指令为正弦叠加信号：，其中A=1.0，F=1.0.u（t）为控制器输出，伺服系统参数为：，b=0.50,,,.则，。程序如chap02图2-8.曲线图3-5，曲线图3-6，曲线图3-7.图2-8三﹑调试后波形图图3-1正弦叠加信号跟踪图3-2正弦叠加信号跟踪图3-3正弦叠加信号跟踪图3-4正弦叠加信号跟踪图3-5图3-6和图3-7四﹑设计心得和体会两周课程设计结束了，在这次课程设计中不仅检验了我所学知识，也培养了我怎样把握一件事