自动化控制实验报告.doc

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1、自动控制论文作者：翟颖颖实验者：翟颖颖&肖瑶一、内容摘要：自动控制技术是压力，温度，转速，位置等物理量进行自动控制的一门技术。本次实验通过对永磁直流伺服机电动机的原理和用途进行研究，并对自动控制系统进行P,PI,PD等校正，从而进一步了解自动控制技术。二、关键词：永磁直流伺服机电动机，自动控制系统，直流H桥PWM调压调速，传递函数，比例校正，比例积分校正，比例为分校正。三、内容：一、原理（一）、1．永磁直流伺服电动机的静态特性直流电动机静态特性Tm=CmΦIaE=CeΦnIa=(Ua−E)/Ra可得其中：Tm电磁转矩E电刷间反电动势Ua电

2、枢电压Ia电枢电流n转速Ra电枢绕组电阻Φ气隙磁通量Ce、Cm结构参数（Cm=60Ce/2π）采用Ua控制时，静态特性可表为(Φ为常量)：▪Ua为参量的机械特性曲线n=f(Tm)▪Tm为参量的调节特性曲线n=f(Ua)特别当Tm=0时，为空载调节特性曲线n0=f(Ua)改变Ua能方便地进行电动机正、反转和调速运行。调节特性曲线和机械特性曲线的求法：▪测量空载调节特性曲线n0=f(Ua)和Ra；▪求系数KU；▪求系数KT；▪根据作图。（二）、直流H桥PWM调压调速交流调图1自动交流调压器控制原理图压器是一种自耦变压器，其副绕组是原绕组的一部

3、分，当用手转动旋钮使接触臂在原绕组上旋转时，副绕组的匝数随之改变，输出端就输出相应的交流电压。而自动交流调压器是旋转给定电位器，通过直流伺服电动机控制接触臂的转动，图1即为其控制原理图。自动交流调压器的控制方式为反馈偏差控制。由给定电位器给出与接触臂在原绕组上的稳定位置相对应的给定电压U*n，稳定位置是指调压器稳定输出所需交流电压时接触臂的位置。位置传感器将接触臂的实际位置转换成电信号，作为反馈电压Un。将给定电压与反馈电压进行比较，如果其差值为正，说明接触臂的实际位置还不到稳定位置，直流伺服电动机将正转，驱动接触臂向前转动，实际位置向稳

4、定位置靠拢。在靠拢的过程中，差值电压将逐渐减小，电动机的正转速度也将逐渐放慢，当差值电压为0时，电动机停转，接触臂处在稳定位置。如果差值为负，说明实际位置超过稳定位置，电动机将反转。因此当某种扰动使调压器的输出电压发生变化时，自动控制系统将进行自动调整，使调压器的输出保持不变。显然系统的自动控制技术应使电动机能进行正反转和调速运行。图2为自动交流调压器的闭环控制框图。由于自动控制技术涉及的内容很多，我们选择了具有代表性的控制元件和控制方法来控制交流调压器。控制元件采用直流伺服电动机；控制方法采用直流H桥脉宽调制技术（PWM）对直流伺服电动

5、机进行调压调速和正反转控制；控制电路包括脉宽调制器（UPW）、三角波发生器（GM）、直流电平调节电路、逻辑延时电路（DLD）、基极驱动器（GD）和脉宽调制变换器（PWM）电路、以及给定电压和反馈电压图2自动交流调压器闭环控制框图电路；系统校正采用比例积分微分校正（PID）。直流双极式H桥可逆PWM调压调速控制框图和波形图：脉宽调制器（UPW）脉宽调制器是由运放构成的电压比较器，是一种电压―脉冲变换装置。输入端共有三路信号输入：1.由调制三角波发生器（GM）输出的三角波信号Usa，频率4kHz；即主电路脉宽调制变换器（PWM）的开关频率；2

6、.由比例积分微分串联校正网络（PID）输出的控制电压信号Uc，它与电动机运行状态直接对应，且极性与大小随时可变；3.由直流电平调节网络输出的负偏移电压信号Ub，其作用是当Uc为0时，PWM的输出电压Ud也为0，电动机停转。脉宽调制器UPW、调制三角波发生器GM、直流电平调节网络实际电路UcUbUsaUPW（三）自动控制自控系统的性能要求：▪按偏差调节方法设计的自控系统，能否很好工作；能否精确保持被调量等于给定值，取决于受控对象与控制装置、各功能元器件的特性参数之间的匹配是否得当。▪因运动部件有质量和惯量；电路中有电感和电容，实际系统受外加

7、信号（给定值或扰动）作用后，被调量会出现动态过程。▪根据动态过程曲线c(t)的特点，可用稳、快、准三个方面来衡量自控系统性能的优劣。系统被调量的动态过程曲线（在阶跃信号作用下）稳态指标稳态精度是指外加信号变化后，被调量偏离原稳态值的相对误差。定义为其中和分别为被调量在自动调整前后的稳态值。对于自动控制系统的典型环节有以下几种：典型环节的波德图在实际应用中，一般采用对数频率特性曲线（波德图）进行分析。定义对数幅频特性为dB，对数相频特性仍为。横坐标（频率）采用对数分度，好处是频率范围得到展宽，而且低频部分可详尽描述。纵坐标（对数幅频特性）仍

8、为线性分度，A(ω)差10倍，L(ω)差20dB，便于描述A(ω)的大范围变化。在实际分析计算时往往不需精确绘制L(ω)和φ(ω)的曲线，只要采用渐近法把曲线近似为折线即可。典型环节的波德图设