电传动内燃机车速度控制实验报告.docx

 PAGE \* MERGEFORMAT 18 实践报告 　　　　 题目： 电传动内燃机车的速度控制 学院：　 自动化工程学院 班级：　 姓名：　 　 学号：　 2016年01月20日 目 录 课程设计背景····································· 2 1.电传动内燃机车工作原理 ························· 2 2. 机车牵引性能的基本概念 ························ 2 控制对象建模····································· 3 三、控制器的设计要求和方案·························· 4 1.控制设计要求···································· 4 2.设计方案········································ 4 四、实验设计与实现 ································· 4 1.PID衰减振荡法·································· 5 2.频域控制法···································· 7 六．实践心得··································· 11 一．课程设计背景 1. 电传动内燃机车工作原理 电传动内燃机车是铁路上常用的一种内燃机车。它使用柴油机带动一台发电机，将电流输给牵引电动机，再通过齿轮传动来驱动机车运行。有直——直流电传动（发电机和电动机都是直流的），交——直流电传动，交——交流电传动三种方式。 电力传动内燃机车的能量传输过程是由柴油机驱动主发电机发电，然后向牵引电动机供电使其旋转，并通过牵引齿轮传动，驱动机车车轮的旋转。电力传动原理图如图1： INCLUDEPICTURE /web/tl/gzwy/3.files/image002.jpg 图1 电力传动工作原理 1 －柴油机； 2 －牵引发电机； 3 －电路； 4 －牵引电动机； 5 －主动齿轮； 6 －从动齿轮； 7 －动轮 2. 机车牵引性能的基本概念 机车牵引列车运行是由于它具有相当大的牵引力，用来克服列车起动时和运行中所受的阻力。机车牵引力（ F ）和运行速度（ V ）的乘积，就是机车的功率（ P ），即 F · V ＝ P ，常用“千瓦”做单位。任何一种机车，它的最大功率是一定的，叫做标称功率。机车在牵引列车时，所受到的阻力是经常变化的。当阻力增大时，机车就要发挥出更大的牵引力来克服它；反之，当阻力减小时，牵引力就可以小一点。为了充分利用机车的功率，要求机车在各种不同运行阻力的情况下，都能具有恒功率输出性能。这就要使 F · V ＝常数。可见牵引力和速度之间应当成反比关系：当速度小时，牵引力大；速度大时，牵引力小。把对 F 和 V 的这种要求表示在坐标上，应该是一条双曲线，如图2所示： 图2 机车理想牵引性能曲线 这条曲线叫做机车理想牵引性能曲线，无论任何一种机车的牵引性能，都应与它相符合。当然，曲线的两端不能无限延长。左端，牵引力不能超过轮轨之间的粘着力，否则车轮会空转；右端，速度也不能超过机车构造所能允许的范围。 电力传动内燃机车是由牵引电动机通过齿轮驱动的，所以机车牵引力和速度取决于牵引电动机的转矩和转速，从而也就决定了机车的牵引特性。直流串励牵引电动机的速率与转矩关系如图3所示： 图3 直流串励电动机转速与转矩的关系 它所具有的工作特性最适合于机车牵引的要求。即机车上坡或负载增加时，牵引电动机转矩较大，而转速较低，反之，则转矩减小，转速上升。 在电传动内燃机车上，牵引电动机一般都采用直流串励电动机。这是因为这种电动机的转矩和转速能按照列车运行阻力和线路条件的变化自动进行调节。当机车上坡运行或负载加大时，电机的转速能随着转矩的增大而自动降低，两者的关系非常接近理想牵引性能曲线，可以满足列车牵引的要求。在内燃机车交-直流传动系统中，控制系统根据功率偏差信号使励磁电流发生变化，牵引发电机输出功率随之改变，从而在维持柴油机输出功率恒定的基础上，调节电动机转速，实现机车的速度控制。 二、控制对象建模 根据电传动内燃机车的速度控制原理对控制对象进行建模，控制系统的方框图如图4： 图4 电传动内燃机车的速度控制系统方框图 已知电传动内燃机车的角速度控制过程模型为： 将已知参数代人可得控制系统的开环传递函数： → 三、控