课程设计任务书及指导书

[yesman]

一．设计题目
双闭环调速系统PID调节器的设计与仿真
二．设计目的
根据要求完成双闭环调速系统PID调节器的设计,在Matlab中进行仿真。
三．任务

1)任务概述
转速电流双闭环调速系统是把转速电流分开控制,因而设置转速电流两个调节器,并以外环转速调节器的输出作为内环电流调节器的给定,这就形成了转速电流双闭环调速系统.这种双闭环系统与单环系统相比具有动态响应快,抗干扰能力强等优点,是自动调速系统的一种基本形式。
根据负反馈闭环控制原理, 设置一个电流闭环,可以对电流进行调节.对于转速电流双闭环系统,由转速负反馈与一个调节器组成外环,称转速环,该调节器称为转速调节器,以ASR表示. 这个调节器力图使系统的转速跟踪给定转速.另外,由电流负反馈与另一个调节器组成内环,称电流环,它处于转速环之内,该调节器叫做电流调节器,以ACR表示.电流调节器既能使启动过程得到丰满的电流波形,而且能在带负载运行时随时按给定电流进行电流调节,以使电枢电流按要求的规律变化.转速,电流双闭环直流的示意图如图1所示。


图1双闭环调速系统的示意图


2) 系统动态结构图

图2 系统动态结构图


从动态结构图来看,系统中有三个闭环:转速环,电流换和电动势环.其中电动势环是直流电动机本身结构形成的闭环,它表示直流电动机电动势自动调节的特性, 不是人们按要求用调节器构成的闭环,所以不应该算在闭环数目之内.电动势环与电流环相互交叉.这将造成电流环计算的复杂性,而电动势的变化速度远小于电流的变化速度,所示工程上计算电流环动态特性时,通常不计电动势反馈对电流环的影响.剔除电动势环后,从结构图可以明显看出转速环在外,故称外环,电流环在内,故称内环。


3) 系统参数

直流电动机:Unom=220V, Inom=8.7A, nnom=1500r/min, Ke=0.132Vmin/r,允许过载倍数λ=1.6,晶闸管装置放大系数Ks=60,三相桥式电路的平均失控时间τs=0.00167s,电枢回路总电阻R=5.26Ω,电磁时间常数τa=0.021s,机电时间常数τm=0.16s转速,电流滤波时间常数τon=τoi=0.005s,电流反馈系数 β=0.5747V/A,转速反馈系数α=0.00333Vmin/r.

4) 设计要求
性能指标:
稳态指数:无静差
动态指标:电流超调量σ%≤5%,起动到额定转速时的转速超调量σn%≤10%


5) 仿真结构图

图3: 仿真结构图

四．设计内容


1)用工程二阶法完成内环和外环PID控制器设计和参数设定.


2) 将设计结果利用Matlab软件下的Simulink环境进行仿真.


3) PID控制器参数优化,用三组不同PID控制参数进行仿真,并对仿真结果进行比较分析.

五．设计工作要求


1)满足系统性能要求。


2)完成设计报告。

六．时间安排：
2005年12月20日至2005年12月30日

七．成绩评定标准
PID控制器设计:40%
仿真:30%
设计报告30%


八．主要参考资料
[1] 张世铭,王振和.电力拖动直流调速系统(第二版).武汉:华中理工大学出版社, 2000年1月
[2] 陈伯时.电力拖动自动控制系统(第二版).北京:机械工业出版社,2003年4月
[3] 范正翘.电力传动与自动控制系统.北京:北京航空航天大学出版社,2003年8月
[4] 薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助设计.北京:机械工业出版社,2005年1月
[5] 刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真(第二版).北京:电子工业出版社,2004年9月

(注：本文转自转自《麓瑜园》，版权归原作者所有！在此仅作交流讨论之用，如需转载请注明原作者！)