运动控制系统试验报告2,毕业论文,开题报告

运动控制系统试验报告二----双闭环直流调速系统

学号:0504220110 姓名:杨娟

实验目的:

通过实验了解双闭环直流调速系统的结构和工作原理,通过系统调试深入领会系统的动静态特性,并掌握控制系统的调试方法。

实验内容及结果:

双闭环调速系统结构如图所示，其中：输入信号Un*为阶跃信号，初值为0，终值为7，阶跃起始时刻为0时刻；干扰信号Idl为阶跃信号，初值为2，终值为8，阶跃起始时刻为4。仿真时间不小于8秒。

1 ) 控制器无限幅的双闭环直流调速系统的控制结构和控制器参数

设计速度控制器ASR和电流控制器ACR，两控制器均无限幅，要求系统输出量转速n的响应调节时间小于2秒，超调量小于10%，系统无静差；



控制器无限幅的双闭环系统结构图 转速输出n

两个控制器的传递函数为控制器的参数如下：

转速调节器ASR：无限幅 Kp＝3.3，Ki＝2.0, Kd=0

电流调节器ACR：无限幅 Kp＝2.0，Ki＝2.0, Kd=0

仿真曲线及所取得的性能指标如下：

最大转速为 2.3843e+003

稳定转速为 2.3843e+003

超调量为 2.2%

满足系统性能要求，即响应时间小于2s，超调量小于10％。

在无限幅作用，双闭环调速系统在稳态工作，输入偏差为0，调节器不饱和。转速n是由给定电压Un*决定的，ASR的输出量是由负载电流Idl决定的，控制电压Uct 的大小则同时取决于n和Id或者说，同时取决于Un*和Idl。

其它各个性能指标的分析曲线如下所示：



误差dUn 控制器ACR的输入量dUi



控制器ASR的输入量dUn 电流Id

2） 控制器考虑限幅的双闭环直流调速系统的控制结构

设计速度控制器ASR和电流控制器ACR，两控制器均考虑限幅，ASR限幅±1.4，ACR限幅±7，要求系统输出量转速n的响应调节时间小于3秒，超调量小于10%，系统无静差；

控制器考虑限幅的双闭环系统结构图 转速输出n

控制器的参数如下：

转速调节器ASR：限幅 Kp＝2.0，Ki＝0.3，Kd=0

电流调节器ACR：限幅 Kp＝0.5，Ki＝10, Kd=0

仿真曲线及所取得的性能指标如下：

最大转速为 2.5960e+003

稳定转速为 2.3687e+003

超调量为 9.6%

系统的启动时间约为1.6s，满足系统输出量n的响应调节时间小于3s的要求，同时满足超调量小于10％的要求。系统稳定时没有静差。

其他各个部分的输入输出指标仿真曲线如下



误差dUn 电流Id



控制器ASR输出量Ui* 控制器ACR输出量Uct

实验分析及总结

把实验的仿真结果和系统性能要求比较，此实验设计的参数满足系统性能要求，并且还有一定的空间可以提升系统性能。

控制器的限幅环节对控制性能的影响，表现在系统启动时，有限幅器时系统启动的速度慢于不考虑限幅的系统启动速度。但是，考虑限幅环节时，系统的启动基本上是按照线性递增的方式启动的，转速n均匀上升并且基本上没有超调量。而不考虑限幅时，系统启动时转速直线上升，对电动机的机械性能要求非常高，并且没有限幅作用时，系统的稳定性和安全性要考虑了。

单闭环直流调速系统和双闭环直流调速系统(考虑限幅）的启动过程和他们之间的区别:对比两次实验，可以看出，启动时，双闭环直流调速系统的启动特性要好于单闭环直流调速系统，具体表现在启动时间上，前者明显比后者快许多，因为启动时，双闭环的负载电流维持一个最大值且保持一段时间使得系统启动时间大大缩短。并且双闭环的超调量很小甚至没有，而单闭环的超调很明显而且比较大。在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被控量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。

因而，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。

实验总结

在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器是双闭环直流调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差；对负载变化起抗扰作用；其输出限幅值决定电机允许的最大电流作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，使得电流紧紧跟随其给定电压变化；对电网电压的波动起及时抗扰的作用；在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程；当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。双闭环直流调速系统由于加入了电流反馈环性能比单闭环直流调速系统有了很大的提高。所以在启动时双闭环的启动性能更快更好并且超调量更小，而且对于电流环内的扰动，双闭环的抗扰动性能更好，对于电网电压的抗扰动能力明显比单闭环要强。
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