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基于plc的直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫吧資料

2025-06-11 09:04本頁面
  

【正文】 1 7 3 ???? ?? ; 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益: 01 62 1 222 ?????? ? nN TTh hK;于是 ASR 的比例系蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 14 數(shù)為: ? ? 01 1 ????? ?????? ? n men RTh TChK ? ?。 確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng) 由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速無靜差,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié);有根據(jù)動(dòng) 態(tài)設(shè)計(jì)要求,應(yīng)按典型 Ⅱ 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況,取 sTon ? ; ( 3) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。 現(xiàn)在ciois sTT ????? ? 131131,滿足近似條件。 現(xiàn)在cilm sTT ????? ? 1313,滿足近似條件。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 13 因?yàn)閏is sT ????? ? 13 1,所以滿足近似條件。 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的電路參數(shù) 按所用運(yùn)算放大器,取 ?? KR 200 ,各電阻和電 容值計(jì)算如下: ????? KRKR ii ,取 ?K50 ; () FRC iii ?? 3 ???? ,取 F? ; () FRTC oioi ? 30 ??????,取 F? 。 確定將電流環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量 %5?i? ,保證穩(wěn)態(tài)電流無差,可按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 ,為了基本濾平波頭,應(yīng)有 ? ? msT oi ~1 ? ,因此取 smsT oi ?? ; 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 12 ( 3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) iT? 。 電流環(huán)節(jié)( ACR)的設(shè)計(jì) 確定時(shí)間常數(shù) ( 1)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) sT 。 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 主電路參數(shù)計(jì)算 直流電動(dòng)機(jī): VUN 220? 、 AIN ? 、 min/1500 rnN ? , )m in/( 1??? rVC e ,允許過載倍數(shù) λ=; 晶閘管裝置放大系數(shù): 30?sK ; 回路總電阻 : R=; 時(shí)間常數(shù) : sTl ? , sTm ? ; 電流反饋系數(shù) : AVIU Nim / * ?????; 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) : )min/(150010 1* ????? rVnU Nnm?。 PID指令對回路表中的值進(jìn)行下列動(dòng)作,以保證當(dāng)使能位正跳變出現(xiàn)時(shí),從手動(dòng)方式無擾動(dòng)切換到自動(dòng)方式: 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 11 置給定值 ( SPn)過程變量 ( PVn) 置過量變量前值 ( PVn1) 過程變量現(xiàn)值 ( PVn) 置積分項(xiàng)前值 ( MX) 輸出值 ( Mn) PID使能位的默認(rèn)值是 1,在 CPU啟動(dòng)或從 STOP方式轉(zhuǎn)到 RUN方式時(shí)建立。當(dāng)該使能位檢測到一個(gè)信號的正跳變 (從 0到 1), PID指令執(zhí)行一系列的動(dòng)作,使 PID指令從手動(dòng)方式無擾動(dòng)地切換到自動(dòng)方式。當(dāng) PID運(yùn)算不被執(zhí)行時(shí),我們稱之為 ―手動(dòng) ‖方式。 控制方式 S7–200的 PID回路沒有設(shè)置控制方式,只要 PID塊有效,就可以執(zhí)行 PID 運(yùn)算。在高性能的調(diào)速系統(tǒng)中,有時(shí)僅僅靠調(diào)整 PID 參數(shù)難以同時(shí)滿足各項(xiàng)靜動(dòng)態(tài)性能的指標(biāo)。其中T 是采樣時(shí)間,總體來說采用時(shí)間越小,控制更精確,但是也不能過小,太小容易占用 CPU 資源,也容易產(chǎn)生的偏差較小,在運(yùn)算的時(shí)候易被舍掉,從而產(chǎn)生積分量化誤差。 PID 算法一旦適應(yīng)了工藝,就可以在工藝混亂的情況下依然保持設(shè)定值。 PID 模塊 PID 模塊的開發(fā)使 PLC 具有閉環(huán)控制功能,即一個(gè)具有 PID 控制能力的 PLC蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 10 可用于過程控制。 如果在上述調(diào)整過程中對 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程反復(fù)調(diào)整還不能得到滿意的結(jié)果,則可以加入微分環(huán)節(jié)。在整定時(shí)先將積分時(shí)間設(shè)定到一個(gè)比較大的值,然后將已經(jīng)調(diào)節(jié)好的比例系數(shù)略為縮小 (一般縮小為原值的 ),然后減小積分時(shí)間,使得系統(tǒng)在保持良好動(dòng)態(tài)性能的情況下,靜差得到消除。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已經(jīng)小到允許范圍內(nèi),并且對響應(yīng)曲線已經(jīng)滿意,則只需要比例調(diào)節(jié)器即可。 首先整定比例部分。 增大微分時(shí)間 D 有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,使系統(tǒng)超調(diào)量減小,穩(wěn)定性增加,但系統(tǒng)對擾動(dòng)的抑制能力減弱。 增大比例系數(shù) P 一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng),在有靜差的情況下有利于減小靜差,但是過大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有比較大的超調(diào),并產(chǎn)生振蕩,使穩(wěn)定性變壞。所以對有較大慣性和(或)滯后的被控對象,比例 +微分 (PD)的控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化要有 些 ―超前 ‖,即在誤差接近零時(shí),克服誤差的作用就應(yīng)該是零。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。 因此,比例 +積分 (PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項(xiàng)對誤差取關(guān)于時(shí)間的積分,隨著時(shí) 間的增加,積分項(xiàng)會(huì)增大。 對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 比例( P)控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量,圖 23 中給出了一個(gè) PID 控制的結(jié)構(gòu)圖: 圖 23 PID 控制的結(jié)構(gòu)圖 控制器輸出和控制器輸入(誤差)之間的關(guān)系在時(shí)域中可用公式 ()表示如下: 反饋信號 被控制量 被控對象 Kds 傳感器 + 給定量 (輸入) 誤差 Ki/s Kp + - + + 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 8 ???? ])(1)()([)( dtteTdt tdeTteKtu idp () 公式中, e(t)表示誤差,也是控制器的輸入, u(t)是控制器的輸出, Kp、 Tp 與 Ti 分別為比例系數(shù)、 積分時(shí)間常數(shù)及微分時(shí)間常數(shù)。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)的參數(shù)的時(shí)候,便最適合用 PID 控制技術(shù)。 PID 控制器問世至今已有近 60 年的歷史了,它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。算法設(shè)計(jì)與算法分析是不可分割的,算法分析是對于設(shè)計(jì)出的每一個(gè)具體的算法,利用數(shù)字作為工具討論它的各種復(fù)雜度,就是算法分析的主要任務(wù)。 算法設(shè)計(jì)技術(shù)有很多,例如:貪心法、分之策略、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)流、近似算法、隨機(jī)算法等。 控制方法的確定 算法是對特定問題求解步驟的一種描述,它是指令的有限序列,其中每一條指令表示一個(gè)或多個(gè)操作。 圖 22 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說,以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好,其機(jī)械特性如圖 22 所示改變電阻時(shí),轉(zhuǎn)速 n 隨電樞電壓的降低而降低,但機(jī)械特性的斜率保持不變;改變電阻只能有級調(diào)速;弱 磁通雖然能夠平滑調(diào)速,但調(diào)速范圍不大,往往只是配合調(diào)壓調(diào)速方案,在基速以上作小范圍的升速。 ( 3) 改變電樞電阻調(diào)速 在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法,設(shè)備簡單,操作方便。 ( 2) 改變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁調(diào)速 改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速,但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速,從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速,屬于恒功率調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說,這種方法最好。如果用戶要求在負(fù)載一定的條件下,電機(jī)以最短的時(shí)間起動(dòng),即以最大的等加速度起動(dòng),可把積分環(huán)節(jié)去掉,模塊所留出的 2個(gè)端口作為電流環(huán)和速度環(huán)的輸出限幅,調(diào)節(jié)電流的輸出限幅,改變電機(jī)的最大起動(dòng)電流,獲得理想的過度過程。根據(jù)用戶實(shí)際需要,可調(diào)起動(dòng)時(shí)間,給用戶預(yù)留了 2個(gè)端口,調(diào)節(jié) 2個(gè)電位器,可改變積分時(shí)間長短,從而改變電機(jī)起動(dòng)時(shí)間。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用 PID算法可實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng),而且時(shí)間可調(diào)。電流環(huán)校正成典型 Ⅰ 型。 采用雙 PI調(diào)節(jié)器,動(dòng)靜態(tài)性能好,抗擾性能佳。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用控制方法介紹 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用矩形逼近離散化方 法 時(shí) , 這種算法 分析簡單 ,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和限幅器的作用是分開的,由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有積分飽和作用, c(k)值將會(huì)變得很大,轉(zhuǎn)速將會(huì)出現(xiàn)較大的超調(diào)量,使速度調(diào)節(jié)時(shí)間變得很長。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。二者之間實(shí)行嵌套連接,把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入,再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖 21 所示。它能充分利用電機(jī)的過載能力,在過渡過程中保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許最大值,使電力拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度啟動(dòng),到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后,又讓電流立即降下來,使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 4 第 2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及算法模型確定 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)前述,采用 PLC 及其外部接口設(shè)備對電機(jī)進(jìn)行檢測和控制。采用了精簡化的編程語言,編程出錯(cuò)率大大降低。之所以選擇用 PLC來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制思想,是因?yàn)?PLC有較高的易操作性,它具有編程簡單,操作方便,維修容易等特點(diǎn)。在 船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)、鍋爐控制系統(tǒng)中央冷卻控制系統(tǒng) 等重要設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用 。 PLC在電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用 可編程控制器 PLC是通用的自動(dòng)化控制裝置,是船舶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化控制的核心控制元件。 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、三相集成觸發(fā)器、三相全控橋、直流電動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)速、電流檢測裝置組成,其中主電路中串入平波電抗器,以抑制電流脈動(dòng),消除因脈動(dòng)電流引起的電機(jī)發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對生產(chǎn)機(jī)械的不利影響。它通常采用三相全控橋式整流電路對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電,從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件,如晶體管、各種線性運(yùn)算電路等,在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 直流調(diào)速系統(tǒng),特別是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動(dòng)裝置之一。直流調(diào)速系統(tǒng)是弱電控 制與強(qiáng)電控制相結(jié)合的系統(tǒng)。特別是晶閘管與 直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、控制性能好、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 、 易于實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但因直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍,平滑的調(diào)速特性,較高的過載能力和較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,因此被廣泛地應(yīng)用于調(diào)速性能要求較高的場合。因而,晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)迅速發(fā)展,晶閘管變流技術(shù)也日益成熟,直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速。最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用 恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電,通過改變電樞回路中的電阻來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 關(guān)鍵詞 可編程控制器;直流電動(dòng)機(jī);雙閉環(huán);控制 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) II Based on PLC dc motor double closedloop speed regulation system design Abstract Along with the rapid development of the power electronic technology, puter technology and the automatic control technology, the programmable controller’s (PLC) function more perfect and more extensive application based on PLC control system, gradually bee the mainstream of the industrial control system. In this paper introduces the dc motor based on PLC double closedloop speed regulation system, according to the dc speed control theory and the theory of automatic control system, this paper introduces the PLC control of double closedloop speed regulation system position, working principle and the dynamic performance. This system of dc motor double closedloop sp
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