【直流传动与控制系统】第11周CDIO工作报告

第5组第11周工作报告

 

成员：陶务业、陈纪君、朱子文、李文超、高帅、马腾、王涛

 

目录

一、    单闭环电路焊接与调试    1

1.、    电路分析    1

2.、    电路注意事项    1

3.、    电路实际调试    1

二、    双闭环参数计算与MATLAB仿真    2

1.、    设计要求    2

2.、    参数计算    2

三、    阶跃信号下PID参数对典型I型2阶系统影响的仿真    4

1.    Simulink仿真框图    4

2、调试方案（由于是阶跃信号，I型系统无静差）    4

3、调试波形    4

4、波形分析    6

四、    下周工作计划    6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 单闭环电路焊接与调试
   1. 电路分析

图 1 ：电路原理图

电路从左到右依次是：不控整流电路、电压跟随器、给定电压、电压跟随器、比例调节器、加法器电路。最后的输出的结果与3525芯片中的三角载波进行比较。

实际提供的芯片是358，这是一个双运放集成芯片，芯片内部图如下

图2 ：358运放内部图

        我们使用提供的2片集成双运放，其中一个358连接成2个电压跟随器，

    另外一个358连接做加法器和比例环节。

1. 电路注意事项
   1. 运放双电源供电，需要芯片GND需要外接-15v电源
   2. 加法器偏置电压2.1v上面的vcc，从3525芯片16引脚接出
   3. 电阻焊接到电路后，不能直接用万用表测量电阻（会有并联串联关系）
   4. 最后的输出电压是连接到3525芯片的运放2端，1和9构成电压跟随器
   5. 电机励磁必须先上电，然后是控电，最后再上主电，不然烧保险丝
2. 电路实际调试
   1. 用万用表测试电压跟随器是否正常
   2. 调节给定电压，用万用表测量
   3. 调节比例电阻，测量输出电压，得到比例关系
   4. 调节基准电压的滑动变阻器，得到精准的2.1v电压

经过上面步骤，我们上周二CDIO时，已经将单闭环系统的电路实验完成，我们的给定电压是5v，比例系数是0.5,，加法器偏置电压为2.1v。系统连接完毕后，先上励磁电源和控制电源，最后上主电系统闭环运行正常。改变主电电源电压，相当于给电压扰动，从人感觉上来说，电机转速无明显变化基本稳定。基本说明我们已经成功实现单闭环调速系统的闭环实验。

1. 双闭环参数计算与MATLAB仿真
   1. 设计要求
   2. 参数计算

参数计算

由单闭环直流调速系统设计可以得到参数：

调节开关频率fs=20kHz，则

1. 电流环的设计

   若按照对电源电压的抗扰性能为8.11设计，则电流环小时间常数之和为

   

   相应的，电流滤波时间常数可设定为

   

   按典型I型系统设计电流调节器，采用PI调节器，根据零极点对消，可另超前时间常数

   若使超调量小于5%，应取，因此

   电流取1.5倍安全裕量，则

   于是，ACR的比例系数为

   

   电流环截止频率

   经检验，

    

    

    

    

    

    

   满足近似条件，则ACR的传递函数为

   

2. 转速环的设计

   设转速滤波时间常数为，则此时转速环小时间常数为

   

   根据设计要求，选择PI调节器

   ASR的超前时间常数为

   

   转速环开环增益为

   

   ASR的比例系数为

   

   此时，截止频率为

   

   经检验，

   满足条件，因此，ASR环节传递函数为

   

   调速系统总的开环传递函数为

   

   对应的bode图如下

   

   1. 阶跃信号下PID参数对典型I型2阶系统影响的仿真

   这部分是我们的扩展仿真研究，主要从输出波形上定性的分析PID参数对系统的影响，以方便以后我们调试时掌握一定的调试经验。

   同时经过仿真分析之后，能加深我们对典型I型系统的理解，当然我们也简单做了下典型II型系统的仿真，这里并没有给出。

   这部分实际的理论分析，对应的内容是《电力拖动与控制系统的》书上的P64-P71部分的内容。这部分的理论定量分析，在书上。

   1. Simulink仿真框图

   

   2、调试方案（由于是阶跃信号，I型系统无静差）

   1. 只调节比例系数P 依次为 1、2、4、8、16，观察输出波形
   2. 不改变P，假设P参数为8，仅仅改变D参数观察波形影响

   3、调试波形

   P参数为1

   

   P参数为2

   

   P参数为8

   

   下面改D参数

   P为8 D为1

   

    

   P为8 D为4

   

    

   4、波形分析

   比例系数K的影响，其实就是书上P63 64页所讲内容。不过从上面图中，可以形象的看出，K大，快速性更快，但是稳定性降低，超调量增加。D有阻尼的作用，微分能抑制超调。但是延长了上升时间。

   主要的定量分析，其实就是书上P63-P71页的内容（典型I和典型II）

   1. 下周工作计划

   目前单闭环MATLAB的bode图以及simulink仿真基本完成，分析后基本正确无误。但是单闭环调速系统的psim仿真貌似还有点小问题

   双闭环的仿真框图已经搭建完成，但是双闭环simulink仿真效果不理想，我们下周将进行仿真分析，重新检查检查。

   实际单闭环实验电路已经完成

   下周工作重点：仿真

   1. 单闭环psim系统仿真，检查到底哪里出的问题
   2. 双闭环simulink模型仿真
   3. 双闭环psim电路仿真与分析