《电力拖动自动控制系统》课程设计报告

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1、┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊枣庄职业学院毕业设计（论文）目录一﹑前言……………………………………………………………………………21.1设计目的…………………………………………………………………………21.2设计内容…………………………………………………………………2二﹑伺服系统的基本组成原理及电路设……………………………………21.伺服系统基本原理及系统框图………………………………………………2三﹑调试后的图………………………………………………………………………8四﹑设计心得与体会………………

2、………………………………………………13五﹑参考文献…………………………………………………………………………14第107页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊枣庄职业学院毕业设计（论文）《电力拖动自动控制系统》课程设计报告一、前言1.1设计目的和要求1.使学生进一步掌握电力拖动自动控制系统的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；2.使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力；3.熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。1.2

3、设计内容1、分析和设计具有三环结构的伺服系统，用绘图软件（matlab）画原理图还有波形图；2、分析并理解具有三环结构的伺服系统原理。二﹑伺服系统的基本组成原理及电路设计2．1伺服系统基本原理及系统框图伺服系统三环的PID控制原理以转台伺服系统为例,其控制结构如图2-1所示,其中r为框架参考角位置输入信号,为输出角位置信号.图2-1转台伺服系统框图第107页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊枣庄职业学院毕业设计（论文）伺服系统执行机构为典型的直流电动驱动机构,电机输出轴直接与负载-转动轴相连,为使系

4、统具有较好的速度和加速度性能,引入测速机信号作为系统的速度反馈,直接构成模拟式速度回路.由高精度圆感应同步器与数字变换装置构成数字式角位置伺服回路.转台伺服系统单框的位置环,速度环和电流环框图如图2-2,图2-3和图2-4所示.图2-2伺服系统位置环框图第107页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊枣庄职业学院毕业设计（论文）图2-3伺服系统速度环框图图2-4伺服系统电流框图图中符号含义如下：r为位置指令；为转台转角；为PWM功率放大倍数；为速度环放大倍数；为速度环反馈系数；为电流反馈系数；L为电枢电

5、感；R为电枢电阻；为电机力矩系数；为电机反电动势系数；J为等效到转轴上的转动惯量；b为粘性阻尼系数，其中J=+，b=+，和分别为电机和负载的转动惯量，和分别为电机和负载的粘性阻尼系数；为扰动力矩，包括摩擦力矩和耦合力矩。假设在速度环中的外加干扰为粘性摩擦模型：控制器采用PID控制+前馈控制的形式，加入前馈摩擦补偿控制表示为：式中，和为粘性摩擦模型等效到位置环的估计系数，该系数可以根据经验确定，或根据计算得出。被控对象为一个具有三环结构的伺服系统，伺服系统系数和控制参数在程序中给出描述，系统采样时间为1ms。取M=2，此时输入指令为正弦叠加信号

6、：第107页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊枣庄职业学院毕业设计（论文），其中A=0.5，F=0.5.考虑到，L和的值很小，前馈补偿系数和等效到摩擦力矩端得系数可近似写为：式中，为经验系数，摩擦模型估计系数和为：系统总的控制输出为：式中，为PID控制的输出，其三项系数为=15，=0.1，=1.5.程序如chap01控制系统的simulink程序：chap01，如图2-5和图2-6所示。图2-5三环控制的simulink仿真程序第107页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊

7、┊┊┊┊┊┊┊┊枣庄职业学院毕业设计（论文）图2-6电机模型的simulink仿真程序（1）带摩擦无前馈补偿时的仿真。正弦叠加信号跟踪如图3-1和图3-2所示，由于静摩擦的作用，在低速跟踪存在“平顶”现象，速度跟踪存在“死区”现象。（2）带摩擦有前馈补偿时的仿真。正弦叠加信号跟踪如图3-3和图3-4所示，采用PID控制加前馈控制可很大程度地克服摩擦的影响，基本消除了位置跟踪的“平顶”和速度跟踪的：死区，实现了较高的位置跟踪和速度跟踪精度。伺服系统的模拟PD+数字前馈控制伺服系统的模拟PD+数字前馈控制原理针对三环伺服系统，设电流环为开环，忽略

8、电机反电动系数，将电阻R等效到速度环放大系数Kd上。简化后的三环伺服系统结构框图如图2-7所示，其中u为控制输入。第107页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订