运动控制课程设计

1、运动控制课程设计评语：考勤（10）守纪（10）过程（40）设计报告（30） 答辩（10）总成绩（100）专业：自动化运动控制课程设计报告班级：姓名：学号：指导教师：自动化与电气工程学院2016 年 10 月 20 日运动控制课程设计报告直流双环系统的设计及仿真分析1 初始条件电动机参数为： PN = 200W ,UN = 48V , IN = 3.7 A, nN= 200r / 

2、;min ，电枢电阻R = 6.5W ，电枢回路总电阻R = 8W ，允许电流过载倍数l = 2 ，电势系数aC = 0.12V × min/ r ，电磁时间常数 T = 0.015s ，机电时间常数 T = 0.2s ，电流反elm馈滤波时间常数 T = 0.001s ，转速反馈滤波时间常数 T&

3、#160;= 0.005s ，调节器输入输oion出电压 U * = U * = Unmimcm= 10V ，调节器输入电阻 R = 40k W ，电力晶体管的开关频0率 f = 1kHz ，PWM 环节的放大倍数 K = 4.8 。设计指标：稳态无静差，电流超s调量 s i £ 5% ；

4、空载起动到额定转速时的转速超调量s n £ 20% ，过渡过程时间ts £ 0.1s 。2 转速、电流双闭环直流调速系统的组成为了实现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，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接。把转速调节器的输出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、电流双闭环调速系统。3 转速电

5、流双闭环直流调速系统调节器的设计3.1 转速和电流两个调节器的作用3.1.1 转速调节器的作用(1)转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压 U * 变n化,稳态时可减小转速误差，如果采用 PI 调节器，则可实现无静差。(2)对负载变化起抗扰作用。(3)其输出限幅值决定电机允许的最大电流。3.1.2 电流调节器的作用(1)作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随1运动控制课程设计报告其给定电压 U * （即外环调节

6、器的输出量）变化。i(2)对电网电压的波动起及时抗扰的作用。(3)在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。(4)当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。3.2 电流调节器的设计3.2.1 确定时间常数因为 f = 1kHz ，所以取： T = 0.001ss电流滤波时间常数： T = 0.001soi电流环小时间常数： Tå

7、60;i= T + T = 0.002ss oiT3.2.2 选择电流调节器结构根据设计要求：电流超调量 d £ 5% ，且 Tliå i0.015=      = 7.5 < 100.002t s电流环设计为典 I 系统，选择 PI 调节器，其传递函数为 W3.2.3 选择电流调节

8、器参数ACR 超前时间常数： t = T = 0.015s ，ilACR(s )= K t i s + 1ii电流开环增益：要求电流超调量 d i £ 5% ，所以应取 T Kiå i = 0.5 ，所以TK = 0.50.5= 2500.002Iå iACR 的比例系

9、数为： K = Ki3.2.4 校验近似条件It R       0.015 ´ 8i = 250 ´        = 4.63bK 1.35 ´ 4.8s23T=        = 33

10、3.3s -1 > w   ，满足近似条件。3T3 ´ 0.001T T运动控制课程设计报告电流环截止频率: w= K = 250s -1ciI(1)晶闸管装置传递函数近似条件： w£1cis11cis(2)忽略反电动势对电流环影响的条件： w³ 31cim l= 3         

11、; = 54.7s -1 < w   ，满足近似条件。0.2 ´ 0.01531T Tm l1ci(3)小时间常数近似处理条件： w £ci1   13 T Ts oi=               = 333.3

12、s -1 > w   。满足近似条件。3   T T3   0.001´ 0.0011111cisoi3.2.5 调节器的电阻电容：因为 R = 40 KW ，则0R = K R = 4.63 ´ 40 KW = 185.2KW ， 近似取 R

13、 = 185KW 。ii0iRC = t iii=  0.015 ´10 6 mF = 0.081mF ，取 0.08m F 。185 ´103RC = 4Toi =oi04 ´ 0.00140 ´103´106 mF = 0.1mF 。取 0.1m 

14、;F 。3.3 转速调节器的设计3.3.1 确定时间常数电流环等效时间常数 2Tåi= 0.004s转速滤波时间常数 T= 0.005son转速环小时间常数 Tå n= 2Tå i+ T = 0.009son3.3.2 选择转速调节器结构3运动控制课程设计报告由于设计要求无静差，且要求设计为典 II 系统，转速调节必须含有积分环节;故ASR 选择 PI 调节器，传递函

15、数为WASR(s) = Knt s + 1nt sn3.3.3 选择转速调节其参数按跟随和抗扰性能都较好的原则， 取 h=5，则 ASR 的超前时间常数为:tn= hTå n= 5 ´ 0.009 = 0.045s转速环开环增益: K =Nh + 1        6= 

16、;            = 1481.5s -22h 2T 2 2 ´ 25 ´ 0.0092å nå n    10 ´ 0.05 ´ 8 ´ 0.009所以，ASR 的比例系数为:&#

17、160;K =n(h + 1)bC T 6 ´1.35 ´ 0.12 ´ 0.2e m =2haRT= 5.43.3.4 校验近似条件转速环截止频率： w= K t = 1481.5 ´ 0.045 = 66.7 s -1cnNn(1)电流环传递函数简化条件： w5Tcn £&#

18、160;1å i=        = 100s -1 > w   ，满足简化条件。5T5 ´ 0.00211cnå i(2)小时间常数近似处理条件： wcn £1    13 2T Tå i on=    

19、0;              = 74.5s -1 > w，满足条件。32TT32 ´ 0.002 ´ 0.0051111cnå ion3.3.5 计算调节器的电阻和电容R = 40KW ， R = K R = 5.4 &

20、#180; 40 = 216KW ，可近似取 220KW 。0nn0RC = t nnn=  0.045220 ´103´106 mF = 0.20mF ，取 0.20m F 。4RC= 4Ton =on04 ´ 0.00540 ´103运动控制课程设计报告´106 mF = 0

21、.5mF ，取 0.5m F 。3.3.6 校验转速超调量d % = (nDCmax %)2(l - z)CbDnnomn*Tå nTmnom  =dnom =    = 246.7 r当 h=5 时， DC m ax % = 81.2% ，而 DnCbI  

22、 R  3.7 ´ 8C 0.12emin200   0.20.009所以 d % = 81.2% ´ 2 ´ 2 ´ 246.7 ´= 18.0% < 20% ，满足要求。n4 系统仿真与分析4.1 系统仿真原理图Matlab 接成图如图 1 所示。图 1 双闭环直流调速系统仿真原理图4.2 系统仿真结果图5运动控制课