位置隨動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(參考版)
2025-06-09 13:21本頁(yè)面
【正文】 總之，無(wú)論是在教學(xué)中研究還是在工程設(shè)計(jì)中， MATLAB 軟件都起者十分重要的作用。綜上所述，三環(huán)位置隨動(dòng)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)精度能 滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，同時(shí)在跟隨性能指標(biāo)滿(mǎn)足要求的情況下，通過(guò) PID 的串聯(lián)校正，快速響應(yīng)也大大改善。可以使動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快。在最佳調(diào)節(jié)器的整定中，一般要求，超調(diào)量%5?i? ，由表 32，可選 ?? ， ??iiKK 。一般都采用 PI 調(diào)節(jié)器。我們可以知道以下結(jié)論：系統(tǒng)主要要求有良好的跟隨性能，可按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；如果主要有良好的抗擾性能，則選擇典型 II 型系統(tǒng)。還有我們也能熟練的使用 MATLAB 軟件，增強(qiáng)了實(shí)踐動(dòng)手能力。 結(jié) 論 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我們了解了三環(huán)位置隨動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和系統(tǒng)的基本原理。兩個(gè)系統(tǒng)都是穩(wěn)定的，抗擾性能滿(mǎn)足要求，但給定參數(shù)的三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要更快些，峰值時(shí)間短一些說(shuō)明靈敏度和穩(wěn)定性也要好一點(diǎn)，兩個(gè)系統(tǒng)的超調(diào)差別不大。也可以驗(yàn)證經(jīng)計(jì)算得到的直流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)的不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)時(shí)間需要調(diào)整。驗(yàn)證計(jì)算時(shí)不滿(mǎn)足校驗(yàn)近似條 件的正確性。 圖 312 經(jīng)計(jì)算的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器組成的三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)的仿真圖 MATLAB仿真結(jié)果 分析 首先比較電流環(huán)的仿真圖，圖 52的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)的超調(diào)量要比圖 54的要大，而前者的調(diào)節(jié)時(shí)間要比后者小，峰值時(shí)間相差不大。 經(jīng)計(jì)算的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器組成的三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)圖如圖 511所示 。橫坐標(biāo)表示時(shí)間，單位為秒。 如 圖 312所示三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 。橫坐標(biāo)表示時(shí)間，單位為秒。 如圖 310 所示三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 。 第 三 章 三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)的 MATLAB仿真及其結(jié)果分析 三環(huán) 位置隨動(dòng)系統(tǒng)的 MATLAB仿真 給定參數(shù)的三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 39所示 。 同樣選擇 %10%?? ，可滿(mǎn)足系統(tǒng)的快速響應(yīng)， ??? KT i ， ?mT 。 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 2．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的選擇 在第三章已經(jīng)提到，同直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器選擇不同，在電流和轉(zhuǎn)速兩個(gè)環(huán)之外還有位置環(huán)，所以轉(zhuǎn)速環(huán)也應(yīng)設(shè)計(jì)成典型 I型系統(tǒng)，選擇 PI調(diào)節(jié)器。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1．電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作 轉(zhuǎn)速環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)，我們可以求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù) 111)(2 ????IIici KsKTsW 忽略高次項(xiàng)， 可降階近似為 111)(?? sKsWIci 近似條件為 iI TK?? 31? 式中 ? —— 轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率 。我們可以看出計(jì)算得到的電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)與給定的一致但時(shí)間常數(shù)不一致。希望電流超調(diào)量 %5?i? ，可以使動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快。 3．電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 可以看出，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)是 piK 和 iT 其中 iT 已選定，待定的只有比例系數(shù)可根據(jù)所要的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)選取。上述結(jié)果是在假定條件下得到的，現(xiàn)將用過(guò)的假定條件歸納如下，以便具體設(shè)計(jì)時(shí)校驗(yàn) 。 如圖 46所示 ,為電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。再?gòu)膭?dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超 調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要因素。 由于 1T 比 mT 小的多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為 1TTi?? （ 212） 電流環(huán)簡(jiǎn)化的近似條件為 sci T131?? （ 213） 2．電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇 首先考慮應(yīng)把電流環(huán)校正成哪一類(lèi)典型系統(tǒng)。 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1．電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 在圖 24中，在一般情況下，系統(tǒng) 的電磁時(shí)間常數(shù) aT 遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù) mT ，因此轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢的多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的的擾動(dòng)，在電流的瞬變過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即 0??E 。但設(shè)計(jì)方法一樣。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)節(jié)看作是三環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，最后是位置調(diào)節(jié)器。 計(jì)算過(guò)程如下： 電動(dòng)機(jī)的額定效率 為 400 ???? NNNN IU P? 電動(dòng)機(jī)的電樞電阻為 ??????? )()1(21 NNNa IUR ? 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)為 1m i ???????? rvn RIUCNaNNe 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù) 為 AmNCC em ????? ? 位置隨動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（未考慮校正裝置） 按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 圖 45 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 應(yīng)用如前所述的工程設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。電力電子變換器的增益 201 ?? KKs ，電壓放大器的增益 5?aK ，相敏整流器的放大系數(shù) 由計(jì)算決定 。傳遞函數(shù)近似為積分環(huán)節(jié) sPsW i602)( ?? 三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)功率大，采用低轉(zhuǎn)速的直流伺服電機(jī)，所以本設(shè)計(jì)取消減速器。傳遞函數(shù)為
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