自动控制原理课程设计报告--柴油-电力机车传动电机的转速控制.docVIP

指导教师评定成绩： 审定成绩： 重 庆 邮 电 大 学 自 动 化 学 院 自动控制原理课程设计报告 设计题目： 单位（二级学院）： 自 动 化 学 院 学 生 姓 名： XXX 专 业： 自 动 化 班 级： XXXXX 学 号： XXXXX 指 导 教 师： XXXX 设计时间：2010 年 12 月 重庆邮电大学自动化学院制 目录 一、设计题目 2 二、设计报告正文 4 摘要 4 2．1 问题一的分析与求解 4 2.1.1系统的工作原理 4 2.1.2系统传递函数求解： 5 2．2问题二的分析与求解 6 2.21.调节时间的求解： 7 2.22.稳定性的判定 7 2.23.校正前系统的性能分析（Kg=6，Km=4） 7 2．3 问题三的分析与求解 10 2．4 问题四的分析与求解 11 三、设计总结 13 四、参考文献 13 五、附录 14 附录一 14 一、设计题目 柴油-电力机车传动电机的转速控制 柴油机有着十分广泛的用途，它可用来驱动内燃机车的传动电机，从而保证重型列车的正常运行。但是柴油机的工作效率对转速非常敏感，因此为了提高其工作效率，应该控制传动电机的转速。图中给出了柴油内燃机车的电力传动模型。 移动输入电位计的游标，可设置控制阀的位置，从而设定传动电机的预期转速wr。负载转速w0是受控变量，其实际值由测速机测量。测速机由电机轴上的皮带驱动，其输出电压v0是系统的反馈变量。由于输入电位计提供了预期参考电压，由此可求得参考电压与反馈电压间的偏差为( vr - v0 )。放大器将偏差电压放大后，生成电压信号vf，并用作直流发电机的线圈磁场电压。 在电力传动系统中，柴油机的输出转速恒为wq，直流发电机由柴油机驱动，其输出电压Vg是电枢控制直流电机的驱动电压。此外电枢控制直流电机的励磁磁场电流i也保持恒定不变。在上述条件下，由于VR的作用，直流电机将产生力矩T，并使负载转速w0逐渐趋近于预期转速wr。 已知： 电机的反电动势系数为Kb＝31/50； 与电机有关的参数为J=1，b=1，La=0.2，Ra=1； 发电机有关的参数为励磁电阻Rf=1，励磁电感Lf=0.1，Lg=0.1，Rg=1； 测速机增益Kt=1； 发电机常数Kg，电机常数Km自定； 要求： 在上述条件下，建立该系统的线性模型，画出系统结构图； 要使电机速度误差小于0.5%，调节时间小于1秒(2%时)，设计、校正前系统性能分析、拟采取的解决方案、方法及分析； 具体设计、校正步骤、思路、计算分析过程和结果； 设计、校正结果验证，复杂的系统时域验证可利用计算机仿真； 设计控制/校正装置的原理与结构图； 设计总结（要求具体的、与设计密切相关的，即对所学、锻练的具体总结，以及存在的主观、客观的问题和不足）； 根据以上内容撰写课程设计报告，并附绘制的图形（BODE图、根轨迹图、验证的时域分析图）及其他附件； 二、设计报告正文 摘要 柴油内燃机车的电力传动系统是将通过测得的一种自动平衡式在科研，石油，化工，机械，冶金，医疗，电工与电子技术方面都有非常广泛的应用。。通过MATLAB分析其时域和频域的特性并不断的取值分析，确定电机速度误差小于0.5%，调节时间小于1秒但超调量过大，因此对系统分别进行超前校正，，改善系统的阻尼比，提高型别，消除或减小稳态误差，从而使各个系统各个性能达到要求，提高稳态精度。 关键词：电力传动系统 自动平衡式系统 超前校正 系统性能 稳态误差 时域和频域特性 稳态精度 2．1 问题一的分析与求解 2.1.1系统的工作原理 本系统利用移动输入电位计的游标，可设置控制阀的位置，从而设定传动电机的预期转速wr，在移动输入电位计两端加有电源，每当游标移动一定距离，电位计上输出电压也跟随变化，该变化的电压（由输入电位计提供的的预期参考电压）与电动机反馈回来的电压值v0进行比较，得到一个电压差vr - v0。电压差V1输入运算放大器K，根据放大器“虚短”与“虚亏”方法，放大器K的放大系数为540，电压差V1经过放大器K放大后输出电压信号V2，并用作直流发电机的线圈磁场电压。在电力传动系统中，柴油机的输出转速恒为wq，直流发电机由柴油机驱动，其输出电压Vg是电枢控制直流电机的驱动电压，直流电机带动负载转动并由测速机测量其实际转速w0。测速机由电机轴上的皮