安佰船运动控制课程设计

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运动控制课程设计运动控制课程设计题目：含有电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统设计院系：工学院电气与电子工程系专业：电气工程及其自动化班级：电气工程1401　姓名：安佰船　学号：4指导教师：高翔　烟台南山学院教务处二〇一七年二月\n含有电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统设计摘要转速反馈控制直流调速系统把转速作为系统的被调节量，检测误差，纠正误差，有效地解决了调速范围和静差率的矛盾，抑制直至消除扰动造成的影响。在采用了比例积分调节器后，又能实现无静差。而数字控制又为提高调速精度提供了条件。然而转速反馈控制的直流调速系统还存在一个问题，在起、制动过程中和堵转状态时，必须限制电枢电流。关键词：电流截至负反馈转速负反馈调速直流调速系统\n第1章\n运动控制课程设计目录第1章绪论11.1课题背景11.2实验要求11.3参数选择1第2章总体方案设计3第3章电流截止负反馈的分析与设计4第4章绘制静态结构图8第5章心得体会11参考文献13\n第14页运动控制课程设计第1章绪论1.1课题背景仿真模型的建立是仿真领域的研究重点，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。1.2实验要求1、电流截止环节的意义和引出方法。2、电流截止环节对系统的静态和动态特性有何影响。3、稳态有静差，怎样减小静差。4、动态过程的稳定条件如何界定。5、详细分析含电流截止负反馈的转速负反馈调速系统的静特性。1.3参数选择某调速系统的原理图如图1所示，已知电动机参数：PN=30kW，UN=220V，IN=157.8A，nN=1000r/min，Ra=0.1Ω；晶闸管整流装置：三相桥式，放大系数Ks=40，等效内阻Rn=0.3Ω；比例调节器采用普通集成运算放大器电路，最大给定电压为15V；电流检测：当主电路电流最大时，整定电流检测输出电压为Ubm=10V；系统调速指示：调速范围D=50，静差率为s≤10%，Iamax≤1.5IN。试画出调速系统的静态结构图，并计算：1.反馈系数α、β；2.调节器放大系数Kp；3.电阻R0、R1的数值；\n第14页运动控制课程设计4.电阻R2的数值和稳压管VST的稳压值。图1.1调速系统原理图\n第14页运动控制课程设计第1章总体方案设计带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统设计方案本文主要分别从介绍电流截止负反馈和转速负反馈的调节器的设计出发，将各自的特点结合再通过数字式绘图进行原理结构的设计，其总的数字式实现结构有以下部分:1、变压器部分此部分是将电网电压引入，再将其设计为三种方式的输出，分别是为电流互感器部分提供电压的变压器1，为稳压模块提供电压的变压器3,和为控制信号产生部分提供电压的变压器2.2、主电路部分此部分理所当然是整个设计的核心部分，其当中有控制对象——电机，还有我们主要需要设计出的控制晶闸管的开断信号，当然其中的转速反馈电压也是从此部分输出。3、电流互感器部分此部分为电流截止负反馈部分提供反馈电流信号的核心部分，反馈电流信号将从这里引出通过晶闸管从而进入主控电路。4、ASR和电流截止部分真个调速系统的主控部分，这个调速系统的调速性质就由这个部分决定，其中包括了电流截止负反馈电路和转速负反馈电路。5、稳压模块为控制信号模块和一些其他需要供电的集成模块器件供电。6控制信号产生部分此部分主要是产生控制前面主电路部分的晶闸管开通与关断的，以有效地控制电机的转动。7、控制信号的放大驱动部分\n第14页运动控制课程设计辅助控制信号产生部分，使其产生更精确，更稳定的控制信号，以使电机更好的运行。2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析与设计\n第14页运动控制课程设计第1章电流截止负反馈的分析与设计问题的提出：1、起动的冲击电流---直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。2、闭环调速系统突加给定起动的冲击电流---采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的1+K倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。3、堵转电流---有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。电流截止负反馈环节如下图：\n第14页运动控制课程设计（a）利用独立直流电源作比较电压（b）利用稳压管产生比较电压（c）封锁运算放大器的电流截止负反馈环节图2电流截止负反馈的环节图（a）中用独立的直流电源作为比较电压，其大小可用电位器调节，相当于调节截止电流。图（b）中利用稳压管VS的击穿电压Ubr作比较电压，线路要简单得多，但不能平滑的调节电流值。图（c）是反馈环节与运放的连接电路。系统稳态结构：图3电流截止负反馈环节的I/O特性图4带电流截止负反馈的闭环\n第14页运动控制课程设计直流调速稳态系统结构框图由图2可写出该系统两段静特性的方程式：（1）当时，Id>Idcr引入电流负反馈，静特性变为：图5带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性静特性的几个特点：（2）比较电压Ucom与给定电压Un*的作用一致，好象把理想空载转速提高到（3）两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。当挖土机遇到坚硬的石块而过载时，电动机停下，电流也不过是堵转电流，在式（1）中，令n=0，得一般,因此（4）最大截止电流应小于电机允许的最大电流，一般取：Idbl=（1.5~2.0）IN从调速系统的稳态性能上看，希望稳态运行范围足够大，截止电流应大于电机的额定电流，一般取：Idcr≥（1.1~1.2）IN（1）调速系统的起动过程\n第14页运动控制课程设计图（a）带电流截止负反馈单闭环调速系统图(b)理想的快速启动过程图6调速系统的起动过程\n第14页运动控制课程设计第1章绘制静态结构图当电流反馈截至时，只有转速负反馈，根据反相输入端的，有因此这时，放大器输入、输出部分的静态结构图可以画成图7（a）的样子。以上公式和结构图中、、各变量都取正值，它们的极性已在图1所标明的电流方向上考虑进去了。图7运算放大器输入和输出部分的静态结构图（a）Ui≤Uv时；（b）Ui>Uv时当主电流超过截止值后，Ui>Uv，电流反馈投入，则有因此\n第14页运动控制课程设计这时，运算放大器的输入、输出部分的静态结构图示于图7（b）。于是，系统的静态结构图可绘出，见图8。图8系统静态结构图预备参数计算。电动机电势系数系统开环静态速降调速要求所允许的静态速降闭环系统的开环放大系数为(1)反馈系数\n第14页运动控制课程设计(1)调节器放大器系数(2)电阻的数值对于一般集成运算放大器，其输入电阻在0.52范围，应使不大于输入电阻的1/10，因此这里取。于是取(4)比较电压为稳压管VST的稳压值应取由有可得取)\n第14页运动控制课程设计第1章心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关运动控制方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获龋最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可!我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。\n第14页运动控制课程设计实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。\n第14页运动控制课程设计参考文献[1]谢光强,章云.多智能体系统协调控制一致性问题研究综述[J].计算机应用研究,2011,06:2035-2039.[2]闵海波,刘源,王仕成,孙富春.多个体协调控制问题综述[J].自动化学报,2012,10:1557-1570.[3]蔡超志,李运华,滕丰健,董素君.高速热气流风洞供油系统的双路流量协调控制[J].航空动力学报,2013,12:2842-2848.[4]谭浩然.网络化多电机同步协调预测控制研究[D].中南大学,2014.[5]何王勇.数控机床双轴同步控制技术研究[D].华中科技大学,2011.[6]梁永,张涛.双电机螺旋线运动同步控制[J].计算机仿真,2014,01:264-267+327.[7]李乐,李慧鹏,石阳.绕线机的多轴同步控制算法研究[J].测控技术,2014,02:87-90.[8]孙文焕,程善美,王晓翔,秦忆.多电机协调控制的发展[J].电气传动,1999,06:3-6.[9]赵欢,朱利民,丁汉.基于高精度轮廓误差估计的交叉耦合控制[J].机械工程学报,2014,03:158-164.[10]南余荣.多电机传动系统协调控制及其在直进式拉丝机中的应用[D].浙江工业大学,2007.[11]肖亮亮.基于虚轴法的多轴同步运动控制系统设计[D].浙江理工大学,2010.[12]李小燕.超高速卷接机多轴同步伺服系统的研究[D].湖南大学,2011.[13]丁立,方攸同,蒋毅.高速列车牵引电机的同步虚拟主轴控制[J].机电工程,2014,10:1311-1315.[14]童存智.基于多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