基于MCGS的双闭环流量比值控制系统的设计
【摘要】首先分析实际工业生产过程中比值控制的意义和重要性，然后对开环流量比值控制、单闭环流量比值控制和双闭环流量比值控制进行了比较，再提出了双闭环流量比值控制系统的设计方案，最后对该系统进行了调试。
【关键词】mcgs组态软件双闭环流量比值控制 pid调节器
随着工业生产自动化程度的提高，企业对工厂的过程控制系统也提出了更高要求。工艺上经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合参加化学反应。例如，以重油为原料生产合成氨时，在造气工段应该保持一定的氧气和重油比率，在合成工段则应保持氢和氮的比值一定；在加热炉中，需要保持燃料油与空气成一定的比例。如果没有比值控制或比值失调，会影响生产的正常进行、甚至产生生产事故，因此比值控制在现代工业中发挥着非常关键的作用。
开环流量比值控制，当从动量受到外部干扰时，两物料的比值很难保持不变。给其增加一个副流量的控制回路，便是单闭环流量比值控制，这样实现了副流量随主流量变化而变化，克服了本身干扰对比值的影响，但无法保证主物料的流量恒定不变。本设计是在单闭环流量比值控制系统的基础上，增加一个主流量的控制回路，构
第三节比值控制系统 一、比值控制原理 在炼油、化工、制药等许多生产过程中,经常需要两种物料或两种以上的物料保持一定的比例关系。最常见的就是燃烧过程,燃料与空气要保持一定的比例关系,才能满足生产与环保的要求:造纸过程中,浓纸浆与水要以一定的比例混合,才能制造出合格的纸浆;许多化学反应的诸个进料要保持一定的比例。 通常,在两个需要保持一定比例关系的物料中,一个就是主动量或关键量,另一个就是从动量或辅 助量。由于物料通常就是液体,因此称主动量为主流量F M ,从动量为副流量F S 。F M 与F S 之间的关系为 Fs＝KF M (8－l) 式中,K为比值系数。 因此,只要主副流量的给定值保持比值关系,或者副流量给定值随主流量按一定比例关系而变化即可实现比值控制。 二、比值控制系统的类型 l.单闭环比值控制系统图8-12表示一个燃烧过程单闭环比值控制系统,主流量就是燃料,副流量就 是空气。F M T测量出主流量并变换为标准信号,乘以比值系数K后,作为副流量控制系统中被控变量Fs的给定值。如此,可以保持主流量与副流量之间的比例关系。从系统结构外观上瞧,似乎单闭环比值控制系统与串级控制系统很相似。但它们的方块图就是不同的,功能也就是不同的。单闭环比值控制系统的方块图如图8-13所示。 图8-13 单闭环比值控制系统方块图 从图8－13中可以瞧到,没有主对象与主调节器,这就是单闭环比值控制系统在结构上与串级不同的地方,串级中的副变量就是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量,而比值中,副流量不会影响主流量,这就是两者之间本质上的区别。 副流量控制系统就是一个随动控制系统,它的给定值由系统外部的KF M 提供,它的任务就就是使副流 量Fs尽可能地保持与KF M 相等,随F M 的变化而变化,始终保持F M 与Fs的比值关系。当系统处于稳态时,
课程设计报告 课程课程设计 课题双闭环控制系统设计 班级 姓名 学号
目录 第1章双闭环系统分析 (1) 1.1系统介绍 (1) 1.2系统原理 (1) 1.3双闭环的优点 (1) 第2章系统参数设计 (2) 2.1电流调节器的设计 (2) 2.1.1时间参数选择 (2) 2.1.2计算电流调节参数 (2) 2.1.3校验近似条件 (3) 2.2转速调节器的设计 (3) 2.2.1电流环等效时间常数： (3) 2.2.2转速环截止频率为 (5) 2.2.3计算控制器的电阻电容值 (5) 第3章仿真模块 (6) 3.1电流环模块 (6) 3.2转速环模块 (6) 第4章仿真结果 (7) 4.1电流环仿真结果 (7) 4.2转速环仿真结果 (7) 4.4稳定性指标的分析 (8) 4.4.1电流环的稳定性 (8) 4.4.2转速环的稳定性 (8) 结论 (9) 参考文献 (10)
第1章双闭环系统分析 1.1系统介绍 整流电路可从很多角度进行分类，主要分类方法是：按组成的器件可分为不可控,半控和全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分可分为单相、双相、三相和多相电路；按控制方法又可分为相控整流和斩波控制整流电路。 本系统采用的是三相全控桥式晶闸管相控整流电路。这是因为电机容量相对较大，并且要求直流脉动小、容易滤波。其交流侧由三相电网直接供电，直流侧输出脉动很小的直流电。在分析时把直流电机当成阻感性加反电势负载。因为电机电流连续所以分析方法与阻感性负载相同，各参量计算公式亦相同。 1.2系统原理 ASR（速度调节器）根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。 ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节，其输出是UPE（功率变换器件的）的控制信号Uc。进而调节UPE的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由Te-TL=Jdn/dt，只要Te与TL不相等转速会相应的变化。整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变后，达到稳定。 1.3双闭环的优点 双闭环调速系统属于多环控制系统，每一环都有调节器，构成一个完整的闭环系统。工程设计方法遵循先内环后外环的原则。步骤为：先设计电流环（内环），对其进行必要的变换和近似处理，然后依照电流环的控制要求确定把它校正成哪一种典型系统，再根据控制对象确定其调节器的类型，最后根据动态性能指标的要求来确定其调节器的有关参数。电流环设计完成以后，把电流环看成转速环（外环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。 在电流检测信号中常有交流分量，为了不让它影响调节器的输入，加入了低通滤波器，然而滤波环节可以使反馈信号延迟，为了消除此延迟在给定位置加一个相同时间常数的惯性环节。同理，由测速发电机得到的转速反馈电压常含有换向纹波，因此也在给定和反馈环节加入滤波环节。
双闭环管道流量比值控制系统设计报告 PLC控制技术实训评分表 课程名称： PLC控制技术实训 设计题目：单容液位变频器PID单回路控制,比值控制系统班级：学号：姓名： 指导老师： 年月日
双闭环管道流量比值控制系统设计报告常熟理工学院 电气及自动化工程学院 《PLC控制技术实训》报告 题目：单容液位变频器PID单回路控制 比值控制系统设计 姓名：李良、何龙太 莫勇、高虎 学号： 160112109、160112106 160112113、160112104 班级：自动化121 指导教师：刘叔军 起止日期： 2015.6.29~7.12
摘要 本课题针对液位控制系统系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，实现PID 对水箱液位的控制。 针对比值控制系统进行模拟复杂控制系统设计、分析和测试研究，该系统通过涡轮流量计、电磁流量计进行信号采集，以工控组态软件组态王上位机监控P画面并对PID参数调节，实现对比值系统的控制。 关键词：PLC PID控制液位控制比值控制组态王流量
目录 1、引言................................ 错误!未定义书签。 1.1主要内容 ............................ 错误!未定义书签。 1.2任务要求 ............................ 错误!未定义书签。 2、设计方案............................ 错误!未定义书签。 2.1设计原理 ............................ 错误!未定义书签。 2.2设计方案论证......................... 错误!未定义书签。 2.3系统原理图........................... 错误!未定义书签。 2.4系统结构图........................... 错误!未定义书签。 2.5系统工艺流程图 (4) 3、硬件设计 (4) 3.1流量计（涡轮流量计、电磁流量计） (3) 3.2 电动调节阀 (5) 3.3 变频器面板 (6) 3.4百特自整定PID调节器 (6) 3.5 EM235拓展模块 (7) 3.6 硬件接线图 (8) 3.7 I/O口分配表 (10) 4、软件设计............................ 错误!未定义书签。 4.1 程序流程图.......................... 错误!未定义书签。 4.2程序分析 ............................ 错误!未定义书签。 5、系统建模及MATALAB仿真调试 .......... 错误!未定义书签。
管径/流速/流量对照表
已知流量、管材，如何求管径？ 分两种情形： 1、水源水压末定，根据合理流速V（或经济流速）确定管径d： d=√[4q/(πV)] (根据计算数值，靠近选取标准管径） 2、已知管道长度及两端压差，确定管径 流量q不但与管内径d有关，还与单位长度管道的压力降落（压力坡度）i有关, i=(P1-P2)/L.具体关系式可以推导如下： 管道的压力坡度可用舍维列夫公式计算 i=0.0107V^2/d^1.3——（1） 管道的流量 q=(πd^2/4)V ——（2） 上二式消去流速V得： q = 7.59d^2.65√i (i 以kPa/m为单位）管径：d=0.4654q^0.3774/i^0.1887 (d 以m为单位） 这就是已知管道的流量、压力坡度求管径的公式。 例：某管道长100m，管道起端压力P1=96kPa，末端压力P2=20kPa，要求管道过1.31 L/s的流量，试确定管径
压力坡度 i=(P1-P2)/L=(96-20)/100=0.76kPa/m 流量 q=1.31 L/s=0.00131 m^3/s 管径d=0.4654q^0.3774/i^0.1887 =0.4654*0.00131^0.3774/0.76^0.1887= 0.0400m =400mm 还可用海森威廉公式：i=105C^(-1.85)q ^1.85/d^4.87 ( i 单位为 kPa/m )钢管、铸铁管：C=100，i=0.02095q ^1.85/d^4.87 ，q =8.08d^2.63 i ^0.54 铜管、不锈钢管：C=130，i=0.01289q ^1.85/d^4.87 ，q =10.51d^2.63 i ^0.54 塑料管：C=140，i=0.01124q ^1.85/d^4.87 ，q =11.31d^2.63 i ^0.54 C=150，i=0.009895q ^1.85/d^4.87 ，q =12.12d^2.63 i ^0.54
目录 引言 (2) 1设计目的 (3) 2直流调速系统的理论设计 (3) 2.1 系统组成及要求 (3) 2.2 电流调节器设计 (4) 2.3 转速调节器设计 (7) 3系统仿真 (10) 4结论 (12) 5心得体会 (13) 6参考文献 (13)
引言 本设计从直流电动机的工作原理入手，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。 转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统, 采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。应掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本组成及其静特性；应用工程设计方法解决双闭环调速系统中两个调节器的设计问题，等等。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。
1设计目的 1进一步对自动控制系统这门学科进行理解。 2掌握双闭环直流调速系统的设计过程。 3体会参数设计的过程。 2 直流调速系统的理论设计 2.1系统组成及要求 本控制系统采用转速、电流双闭环结构，其原理图图1，双闭环直流调速系统稳态结构图图2和动态结构框图图3如下所示。 图1双环调直流速系统原理图 图2双闭环直流调速系统稳态结构图
目录 摘要 (1) 双闭环流量比值控制系统设计 (2) 1、双闭环比值控制系统的原理与结构组成 (2) 2、课程设计使用的设备 (3) 3、比值系数的计算 (4) 4、设备投运步骤以及实验曲线结果 (5) 5、总结 (16) 6、参考文献 (17)
摘要 在许多生产过程中，工艺上常常要求两种或者两种以上的物料保持一定的比例关系。一旦比例失调，会影响生产的正常进行，造成产量下降，质量降低，能源浪费，环境污染，甚至造成安全事故。 这种自动保持两个或多个参数间比例关系的控制系统就是比值控制所要完成的任务。因此比值控制系统就是用于实现两个或两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。需要保持一定比例关系的两种物料中，总有一种起主导作用的物料，称这种物料为主物料，另一种物料在控制过程中跟随主物料的变化而成比例的变化，这种无物料成为从物料。由于主，从物料均为流量参数，又分别成为主物料流量和从物料流量，通常，主物料流量用Q1表示，从物料流量用Q2表示，工艺上要求两物料的比值为K，即K=Q2/Q1.在比值控制精度要求较高而主物料Q1又允许控制的场合，很自然就想到对主物料也进行定值控制，这就形成了双闭环比值系统。在双闭环比值系统中，当主物料Q1受到干扰发生波动时，主物料回路对其进行定值控制，使从物料始终稳定在设定值附近，因此主物料回路是一个定值控制系统，而从物料回路是一个随动控制系统，主物料发生变化时，通过比值器的输出，使从物料回路控制器的设定值也发生变化，从而使从物料随着主物料的变化而成比例的变化。当从物料Q2受到干扰时，和单闭环控制系统一样，经过从物料回路的调节，使从物料稳定在比值器输出值上。双闭环比值控制系统由于实现了主物料Q1的定值控制，克服了干扰的影响，使主物料Q1变化平稳。当然与之成比例的从物料Q2变化也将比较平稳。根据双闭环比值控制系统的优点，它常用在主物料干扰比较频繁的场合，工艺上经常需要升降负荷的场合以及工艺上不允许负荷有较大波动的场合。本实验通过了解双闭环比值控制系统的原理与结构组成，进行双闭环流量比值控制系统设计（包括仪表选型）以及进行比值系数的计算，最后基于WinCC进行监控界面设计，给出不同参数下的响应曲线，根据扰动作用时，记录系统输出的响应曲线。
比值控制系统 问题的提出：在工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系 要求严格控制比例。 最常见的是燃烧过程，燃料与空气要保持一定的比例关系，才能满足生产和环保的要求。 造纸过程中，浓纸浆与水要以一定的比例混合，才能制造出合格的纸浆，许多化学反应的诸个进料要保持一定的比例。 例如1、氨合成生产过程3H2+1N2=2NH3，要求H2和N2完全按照3：1进料。 2、造纸过程中，对纸浆浓度有要求，进料浓纸浆和水的进料就要满足一定比例。 如果有三个进料，对三个进料之间需要满足一定比例关系。 而我们之前学习的控制系统的控制达不到这样的控制要求。因此就要用到一个新的控制————比值控制系统基本概念： 1.比值控制系统（流量比值控制系统）：实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统。 2.主物料或主动量：在保持比例关系的两种物料中处于主导地位的物料，称为主物料；表征主物料的参数称为主动量（主流量），用F1表示。 3.从物料或从动量：按照主物料进行配比，在控制过程中跟随主物料变化而变化的物料称为从物料；表征从物料特性的参数称为从动量（副流量），用F2表示。 4.有些场合，用不可控物料为主物料，用改变可控物料即从物料来实现比值关系。 5. 比值控制系统就是要实现从动量与主动量成一定的比值关系: K= F2/ F1 F2—为从动量A F1—为主动量B （从动量/主动量=K 常数）在比值控制系统中 从动量是跟随主动量变化的物料流量，因此，比值控制系统实际上是一种随动控制系统。 比值控制系统的类型： 开环比值控制系统 单闭环比值控制系统 双闭环比值控制系统 变比值比值控制系统 （串级比值控制系统） 开环比值控制系统 开环比值控制系统是最简单的比值控制系统，同时也是一个开环控制系统。 随着F1的变化，F2跟着变化，满足F2=KF1的要求。（阀门开度与F1之间成一定的比例关系）。 图P162 图5.1 开环比值控制缺点： 1.当F2因管线两端压力波动而发生变化时，系统不起控制作用，即F2本身无抗干扰能力。 2.适用于副流量较平稳且比值精度要求不高的场合。 特点：由于系统是开环的，对从动量F2有干扰无法克服，无法保持比值关系。 适用场合：适用于从动量较平稳且比值关系要求不高的场合，实际生产上很少用。 单闭环比值控制 图P162 图5.2 单闭环比值控制系统是为了克服开环比值系统存在的不足，在开环比值控制系统的基础上增加一个从动量的闭环控制系统。 单闭环比值控制原理： （1）、当F1不变而F2受到扰动，通过闭环实现定值控制，将F2调回到F1的给定值上。
《过程控制》 课程设计报告 题目：双闭环比值控制系统的分析与设计姓名： 学号： 专业： 年级： 指导教师：
目录 1 任务书-------------------------------------------------------- 1 1.1设计题目 --------------------------------------------------- 1 1.2设计任务 --------------------------------------------------- 1 1.3原始数据 --------------------------------------------------- 2 1.4设计内容 --------------------------------------------------- 2 2 研究背景 ------------------------------------------------------- 3 3 研究意义 ------------------------------------------------------- 4 4 研究内容 ------------------------------------------------------- 4 5 论文组织 -------------------------------------------------------- 5 5.1衰减曲线法整定主动量回路控制器参数 -------------------------- 5 5.2反应曲线法整定从动量回路控制器参数 -------------------------- 8 5.3双闭环比值控制系统仿真及性能测试 --------------------------- 11 5.4双闭环比值控制系统的抗干扰能力检验 ------------------------- 13 6 双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各自的优缺点 --------------- 16 6.1双闭环比值控制与串级控制的区别 ----------------------------- 16 6.2双闭环比值控制的优、缺点 ----------------------------------- 17 6.3串级控制的优、缺点 ----------------------------------------- 17 7 总结 ---------------------------------------------------------- 17 8 参考文献 ------------------------------------------------------ 17 附录：双闭环比值控制最终整定结果(Simulink图) -------------------- 18
学号：2013133301 课程设计报告 题目双闭环比值系统仿真 学院计算机科学与信息工程学院 专业自动化 班级2013级自动化3 学生姓名刘博 指导教师吴诗贤 2016 年11 月26 日
摘要 3 一、课程设计任务 5 5 (1) PID控制原理及PID参数整定概述 5 (2) 基于稳定边界法的PID控制器参数整定算法7 (3) 利用Simulink建立仿真模型9 (4) 参数整定过程14 (5) 调试分析过程及仿真结果描述20 三、总结20
参考文献21
双闭环比值控制系统仿真 摘要： 双闭环比值控制系统的特点是在保持比值控制的前提下，主动量和从动量两个流量均构成闭环回路，这样克服了自身流量的干扰，使主、从流量都比较平稳,并使得工艺总负荷也较稳定。从动量控制回路是随动控制系统，期望系统响应快些，一般按单回路整定；主动量控制回路是定值控制系统，反应速度较慢时有利于从动控制回路的快速跟踪，一般整定为周期过程。主、从控制回路均选择PI控制方式。 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C、FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。 Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵
双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得 到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的 这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得 良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以 及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有 必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic
process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10
流量与管径、压力、流速的一般关系 一般工程上计算时，水管路，压力常见为0.1--0.6MPa，水在水管中流速在1--3米/秒，常取1.5米/秒。 流量=管截面积X流速=0.002827X管内径的平方X流速 (立方米/小时)。 其中，管内径单位：mm ，流速单位：米/秒，饱和蒸汽的公式与水相同，只是流速一般取20--40米/秒。 水头损失计算Chezy 公式 Q——断面水流量（m3/s） C——Chezy糙率系数（m1/2/s） A——断面面积（m2） R——水力半径（m） S——水力坡度（m/m） Darcy-Weisbach公式 h f——沿程水头损失（mm3/s）
f ——Darcy-Weisbach水头损失系数（无量纲） l——管道长度（m） d——管道内径（mm） v ——管道流速（m/s） g ——重力加速度（m/s2） 水力计算是输配水管道设计的核心，其实质就是在保证用户水量、水压安全的条件下，通过水力计算优化设计方案，选择合适的管材和确经济管径。输配水管道水力计算包含沿程水头损失和局部水头损失，而局部水头损失一般仅为沿程水头损失的5~10%，因此本文主要研究、探讨管道沿程水头损失的计算方法。 1.1 管道常用沿程水头损失计算公式及适用条件 管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流态，遵循不同的规律，计算方法也不一样。输配水管道水流流态都处在紊流区，紊流区水流的阻力是水的粘滞力及水流速度与压强脉动的结果。紊流又根据阻力特征划分为水力光滑区、过渡区、粗糙区。管道沿程水头损失计算公式都有适用范围和条件，一般都以水流阻力特征区划分。 水流阻力特征区的判别方法，工程设计宜采用数值做为判别式，目前国内管道经常采用的沿程水头损失水力计算公式及相应的摩阻力系数，按照水流阻力特征区划分如表1。 沿程水头损失水力计算公式和摩阻系数表1
课程设计报告 题目双闭环比值系统仿真 学院计算机科学与信息工程学院 专业自动化 班级2013级自动化3 学生姓名刘博 指导教师吴诗贤 2016 年11 月26 日
摘要 (3) 一、课程设计任务 (5) (5) (1)PID控制原理及PID参数整定概述 (5) (2)基于稳定边界法的PID控制器参数整定算法 (7) (3)利用Simulink建立仿真模型 (9) (4)参数整定过程 (14) (5)调试分析过程及仿真结果描述 (20) 三、总结 (20) 参考文献21
双闭环比值控制系统仿真 摘要： 双闭环比值控制系统的特点是在保持比值控制的前提下，主动量和从动量两个流量均构成闭环回路，这样克服了自身流量的干扰，使主、从流量都比较平稳,并使得工艺总负荷也较稳定。从动量控制回路是随动控制系统，期望系统响应快些，一般按单回路整定；主动量控制回路是定值控制系统，反应速度较慢时有利于从动控制回路的快速跟踪，一般整定为周期过程。主、从控制回路均选择PI控制方式。 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C、FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。 Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件
运动控制课程设计任务书 题目：双闭环直流调速系统设计 使用班级：电气081、082 设计内容 已知电机参数为：PN=500kW，UN=750V，IN=760AΩ，允许过载倍数λ=，触发整流环节Ks=75，Tl=，Tm=，调节器输入输出最大电压为10V，设计双闭环调速系统，达到最理想的调速性能。 主要设计内容包括：1、ACR、ASR调节器类型选择与参数计算。2、系统建模与仿真。3、调节器电路设计。4、主电路设计。5、反馈电路设计。6、触发电路设计。7、故障处理电路设计。 设计步骤 一、总体方案设计 二、参数初步计算。 三、控制系统的建模和MALAB仿真 四、根据仿真结果调整参数 五、主电路及控制电路设计 六、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（ A3 幅面）。 课程设计说明书要求 1 ．课程设计说明书应书写认真．字迹工稚，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。 2 ．论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。 3 ．课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方枢图和电路原理图。 4 ．课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识
摘要 双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，历来是自动控制系统的主要执行元件，在轧钢及其辅助机械、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、大型起重机、金属切削机床、造纸机、纺织机械等领域中得到了广泛的应用。换向器是直流电机的主要薄弱环节,它使直流电机的单机容量、过载能力、最高电压、最高转速等重要指标都受到限制,也给直流电机的制造和维护添了不少麻烦。然而，鉴于直流拖动控制系统的理论和实践都比较成熟，直流电机仍在广泛的使用。因此，长期以来，在应用和完善直流拖动控制系统的同时，人们一直不断在研制性能与价格都赶得上直流系统的交流拖动控制系统，近年来，在微机控制和电力电子变频装置高度发展之后，这个愿望终于有了实现的可能。在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。并且随着电力电子器件开关性能的不断提高,直流脉宽调制( PWM) 技术得到了飞速的发展。 关键词： 双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，MALAB仿真
目录 摘要 0 双闭环流量比值控制系统设计 (1) 1、双闭环比值控制系统的原理与结构组成 (1) 2、课程设计使用的设备 (1) 3、比值系数的计算 (2) 4、设备投运步骤以及实验曲线结果 (2) 5、总结 (6) 6、参考文献 (6)
摘要 在许多生产过程中，工艺上常常要求两种或者两种以上的物料保持一定的比例关系。一旦比例失调，会影响生产的正常进行，造成产量下降，质量降低，能源浪费，环境污染，甚至造成安全事故。 这种自动保持两个或多个参数间比例关系的控制系统就是比值控制所要完成的任务。因此比值控制系统就是用于实现两个或两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。需要保持一定比例关系的两种物料中，总有一种起主导作用的物料，称这种物料为主物料，另一种物料在控制过程中跟随主物料的变化而成比例的变化，这种无物料成为从物料。由于主，从物料均为流量参数，又分别成为主物料流量和从物料流量，通常，主物料流量用Q1表示，从物料流量用Q2表示，工艺上要求两物料的比值为K，即K=Q2/Q1.在比值控制精度要求较高而主物料Q1又允许控制的场合，很自然就想到对主物料也进行定值控制，这就形成了双闭环比值系统。在双闭环比值系统中，当主物料Q1受到干扰发生波动时，主物料回路对其进行定值控制，使从物料始终稳定在设定值附近，因此主物料回路是一个定值控制系统，而从物料回路是一个随动控制系统，主物料发生变化时，通过比值器的输出，使从物料回路控制器的设定值也发生变化，从而使从物料随着主物料的变化而成比例的变化。当从物料Q2受到干扰时，和单闭环控制系统一样，经过从物料回路的调节，使从物料稳定在比值器输出值上。双闭环比值控制系统由于实现了主物料Q1的定值控制，克服了干扰的影响，使主物料Q1变化平稳。当然与之成比例的从物料Q2变化也将比较平稳。根据双闭环比值控制系统的优点，它常用在主物料干扰比较频繁的场合，工艺上经常需要升降负荷的场合以及工艺上不允许负荷有较大波动的场合。本实验通过了解双闭环比值控制系统的原理与结构组成，进行双闭环流量比值控制系统设计（包括仪表选型）以及进行比值系数的计算，最后基于WinCC进行监控界面设计，给出不同参数下的响应曲线，根据扰动作用时，记录系统输出的响应曲线。
实验六双闭环流量比值控制系统 一、实验目的 1．实验目的： (1) 通过实验加深了解比值控制系统的基本概念、比值控制系统的结构组成 (2) 掌握比值系数的计算, 掌握比值控制系统的参数整定 二、实验设备 1、水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、调节器（调节器808型两台、818型）、主回路调节 阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计，比例器，上水箱、中水箱。 2、计算机、上位机MCGS 组态软件、RS232-485 转换器1 只、串口线1 根 3、万用表1 只 三、实验原理 本实验是双闭环流量比值控制系统。其实验系统结构图如图6-7所示。该系统中有两条支路，一路是来自于电动阀支路的流量Q1，它是一个主流量；另一路是来自于变频器—磁力泵支路的流量Q2，它是系统的副流量。要求副流量Q2能跟随主流量Q1的变化而变化，而且两者间保持一个定值的比例关系，即Q2/Q1=K。 图6-7 双闭环流量比值控制系统 (a)结构图 (b)方框图 由图中可以看出双闭环流量比值控制系统是由一个定值控制的主流量回路和一个跟随主流量变化的副流量控制回路组成，主流量回路能克服主流量扰动，实现其定值控制。副流量控制回路能抑制作用于副回路中的扰动，当扰动消除后，主副流量都回复到原设定值上，其比值不变。显然，双闭环流量控制系统的总流量是固定不变的。 四、实验内容与步骤 1、根据实验系统流程图构成一个单闭环比值控制系统。 2、将流量比值实验所用设备，按系统框图连接。 3、将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11、F2-1、F2-5全开，其余阀门均关闭 4、接通总电源和各仪表电源。 5、调节控制台面板上电位器K1可改变主副流量的比值，比值的范围是0.1～1倍。 控制系统的参数整定，调节器的参数整定可按单回路的整定方法进行。 6、稳定后，改变副回路中流量的大小，观察主回路流量的变化。 7、记录并处理历史曲线。 8、改变比例器的比例系数，观察流量的变化。
第一章 调速系统的方案选择 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，在许多调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的的应用。近年来，虽然高性能的交流调速技术发展很快，交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流拖动控制系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用；而且从控制规律的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础。 直流电动机的稳态转速可以表示为 （1-1） 式中：n ——转速（r/min ）； U ——电枢电压（V ）； I ——电枢电流（A ）； R ——电枢回路总电阻（Ω）； ——励磁磁通（Wb ）； ——由电机结构决定的电动势常数。 由上式可以看出，有三种调速电动机的方法： 1. 调节电枢供电电压U ； 2. 减弱励磁磁通； 3. 改变电枢回路电阻R 。 对于要求在一定范围内无级平滑调速系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在额定转速以上作小范围的弱磁升速。因此，采用变压调速来控制直流电动机。 1.1 直流电动机的选择 直流电动机的额定参数为： 额定功率KW P N 67=，额定电压V U N 230=，额定电流A I N 291=，额定转速min 1450r n N =， 电动机的过载系数2=λ，电枢电阻Ω=2.0a R 1.2 电动机供电方案的选择 电动机采用三相桥式全控整流电路供电，三相桥式全控整流电路输出的电压脉动较小，带负载容量较大，其原理图如图1所示。三相桥式全控整流电路的特点： 一般变压器一次侧接成三角形，二次侧接成星型，晶闸管分为共阴极和共阳极。
摘要 传统的直流电机一直在电机驱动系统中占据主导地位，但由于其本身固有的机械换向器和电刷导致电机容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展成熟起来的直流无刷电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特点，从而使其极有希望代替传统的直流电机成为电机驱动系统的主流。首先，从电机本体和控制角度出发，阐述了直流无刷电机在实际应用中需要解决的关键性问题：电磁转矩脉动。详细分析了电磁转矩脉动产生的各种原因，特别是分析了相电流换向所产生的纹波转矩脉动。其次，本文对无刷直流电动机的工作原理进行了详尽的分析，建立了三相无刷直流电动机的数学模型。并利用MATLAB／SIMULINK软件建立了三相无刷直流电动机的控制系统仿真模型。仿真模型采样的是电机控制系统中常用的双环系统(转速一电流双闭环控制)。为了提高系统的静动态特性，转速外环采用PI调节器，电流环采用PI调节器。转子位置通过直流无刷电机感应电势检溺，仿真结果表明了该仿真模型控制系统与理论分析完全吻合，从而证明了模型的有效性。然后，初步设计了伺服系统的原理图。以PID控制器作为整个控制电路的核心，一台40w的直流无刷电机作为被控对象，完成了伺服系统的转速控制。最后，对未来的工作给予了展望，并对全文的容进行了总结。 关键词：无刷直流电动机；转矩脉动；PID控制器
Abstract Conventional DC motor always takes up dominant position in driving system，butits inherent mechanical commutator and brush bring on limited capability，low reliability and big noise．These shortcoming necessitate US to develope lower noise，high efficiency and big capability driving motor．With the development of the power electronicsand micro—control technique，permanent—magnet brushless DC motor possesses small volume，light weight，high efficiency，low noise，big capability and reliability，so it is hopeful to become main motor in drive system．Fuzzy controller has the advantage of robust trait and strong anti-jamming merit．First，from the point of view of motor and control，the paper expounds all kinds of cause of brushless dc motor’s ripple toque．Especially，analyzes the cause of commutation ripple torque．
电机电子系统计算机控制与仿真 学院：信息工程学院 专业班级：电机与电器 学生姓名：仪轩杏 学号：406107016001 指导老师：张景明
异步电机的双闭环控制 1 引言 矢量控制是目前交流电机的先进控制方式，一般将含有矢量变换的交流电机控制都称之为矢量控制，实际上只有建立在等效直流机模型上，并按转子磁场准确定向的控制，电机才能获得最优的动态性能。 2 基本原理 矢量控制的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则，将异步电机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流，分别加以控制，以达到直流电机的控制效果。 异步电机在两相同步旋转坐标系上的数学模型为： 11sm s s e s m e m sm st e s s s e m m st rm m e m r r s r rm rt s m m s r r r rt u R pL L pL L i u L R pL L pL i u pL L R pL L i u L pL L R pL i ωωωωωωωω+--?????? ??????+??????=?????? -+-??? ??? +?????? 00000000 sm s m sm st s m st rm m r rm rt m r rt L L i L L i L L i L L i ψψψψ??????????????????=?????????????????? ()e p m st sm sm rt T n L i i i i =- 当两相同步旋转坐标系按转子磁链定向时，应有,0rm r rt ψψψ==，即得 m e p st r r L T n i L ψ= 1m r sm r L i pT ψ= + m s st r r L i T ωψ= 其中，w e 为同步转速，w r 为转子角频率，w s 为转差角速度，T r 为转子时间常数，n p 为极对数，R s 、R r 为定子、转子电阻，L s 、L r 、L m 为定子、转子电感及定转子之间的互感，p 为微分算子，ψr 为转子磁链。