机电控制系统大作业—直流电机双闭环调速系统matlab仿
真
Harbin Institute of Technology Harbin Institute of Technology
机电控制系统分析与设计
课程大作业,一,
课程名称,机电控制系统分析与设计
设计题目,基于MATLAB的直流电机
双闭环调速系统的设计与仿真院系,机电工程学院
班级,
分析者,
学号,
设计时间,2012年7月1日
哈尔滨工业大学
Harbin Institute of Technology Harbin Institute of Technology
机电控制系统分析与设计课程大作业,二,
课程名称,机电控制系统分析与设计设计题目,四相反应式步进电机
环形分配器的设计与分析院系,机电工程学院
班级,0908107
分析者,吴东
学号,1093210417 设计时间,2012年7月1日
哈尔滨工业大学
1.计算电流和转速反馈系数
*U10im电流反馈系数:, ,,,1.25(V/A),I2，4nom
*U10nm转速反馈系数: ,,,,0.02(Vmin/r)n500nom
2.电流环的设计
(1)确定时间常数
题目给出电流反馈滤波时间常数，由PWM功率变换器的开T,0.2ms,0.0002soi 11T,,,0.0001s关频率10kHz得调制周期按电流环小时间常数f,sf10，1000的近似处理方法，取
T,T，T,0.0001，0.0002,0.0003s,isoi
(2)选择电流调节器结构
电流环可按?型系统进行设计。电流调节器选用PI调节器，其传递函数为
,s，1iG(s),K ACRi,si(3)选择调节器参数
超前时间常数:。 ,,T,0.008sil
电流环按超调量考虑，电流环开环增益:取，因此 ,,5%KT,0.5iI,i
0.50.5K,,,1666.6667 IT0.0003,i
于是，电流调节器的比例系数为
,R0.008，8iKK,,1666.6667，,17.7778 iI,K1.25，4.8s
(4)检验近似条件
电流环的截止频率。 ,,K,1666.6667 1/sciI
1,,1)近似条件一: ci3Ts
11现在，，满足近似条件。 ,,3333.3333,1666.6667,,ciT33，0.0001s
12)近似条件二: ,3,ciTTml
11现在，，满足近似条件。 3,3,47.4342,1666.6667,,ciTT0.5，0.008ml
13)近似条件三: ,3,ciTTsoi
11现在，，满足近似条件。 3,3,2357.0226,1666.6667,,ciTT0.0001，
0.0002soi
(5)编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线
根据设计结果可得:
,s，10.008s，1iG(s),K,17.7778， ACRi,s0.008si
KK6,,ss,,, Ts，1Ts，1Ts，10.0003s，1ois,i
11/R0.125,0.8, ， ,Ts，10.008s，1l
1)绘制经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线
Matlab程序如下:
n1=0.8;d1=[1];s1=tf(n1,d1);
n2=6;d2=[0.0003 1];s2=tf(n2,d2);
n3=17.7778;d3=[1];s3=tf(n3,d3);
n4=[0.008 1];d4=[0.008 0];s4=tf(n4,d4);
n5=0.125;d5=[0.008 1];s5=tf(n5,d5);
sys=s2*s3*s4*s5;
margin(sys);
grid on
图1 经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线 2)绘制经过小参数环节合并近似后的电流环单位阶跃响应曲线建立如下的动态结构图
图2 电流环simulink动态结构图执行以下matlab程序:
>> %MATLAB PRGRAM L581.m
[a1,b1,c1,d1]=linmod('m1'); s1=ss(a1,b1,c1,d1);
step(s1)
图3 经过小参数环节合并近似后的电流环单位阶跃响应曲线由图3可看出超调量为4.32%<5%，故满足设计要求。 (6)编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线
根据设计结果可得:
,s，10.008s，1iG(s),K,17.7778， ACRi,s0.008si
1.25,,Ts，10.0002s，1oi K4.8s,Ts，10.0001s，1s
11/R0.125,0.8, ， ,Ts，10.008s，1l
1)绘制未经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线
Matlab程序如下:
n1=0.8;d1=[1];s1=tf(n1,d1);
n2=4.8;d2=[0.0001 1];s2=tf(n2,d2);
n3=17.7778;d3=[1];s3=tf(n3,d3);
n4=[0.008 1];d4=[0.008 0];s4=tf(n4,d4);
n5=0.125;d5=[0.008 1];s5=tf(n5,d5);
n6=1.25;d6=[0.0002 1];s6=tf(n6,d6);
sys=s2*s3*s4*s5*s6;
margin(sys);
grid on
图4 未经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线 2)绘制未经过小参数环节合并近似后的电流环单位阶跃响应曲线建立如下的动态结构图
图5 电流环simulink动态结构图执行以下matlab程序:
>> %MATLAB PRGRAM L581.m [a1,b1,c1,d1]=linmod('m1');
s1=ss(a1,b1,c1,d1);
step(s1)
图6 未经过小参数环节合并近似后的电流环单位阶跃响应曲线由图6可看出超调量为4.56%<5%，故满足设计要求。
3、转速环的设计
(1)确定时间常数
电流环的等效时间常数:。 2T,0.0006s,i
转速滤波时间常数:。 T,0.001son
转速环小时间常数近似处理: T,2T，T,0.0006，0.001,0.0016s,n,oni
(2)选择转速调节器结构
由转速无静差要求，转速调节器中必须包含积分环节;有根据动态要求，应按典
型?型系统校正转速环，因此转速调节器选用PI调节器，其传递函数为
,s，1nG(s),K ASRn,sn
(3)选择调节器参数
，(由后按跟随性和抗扰性能均比较好的原则又需要满足超调量的要求，取
h=10
续分析知:若h=5，超调量为37.5%>25%，不满足要求)则转速环调节器的超前
时间常数为
。 ,,hT,10，0.0016,0.016sn,n
转速环开环增益
h，110，12K,,,21484.375 1/s N2222hT22，10，0.0016,n
于是，转速调节器的比例系数为
,hCT(，1)(10，1)，1.25，0.04，0.5emK,,,53.7109 nh,RT22，10，0.02，8，0.0016,n
(4)检验近似条件
转速环的开环截止频率为
。 ,,K,,21484.375，0.016,343.75 1/scnNn
1,,1)近似条件一: cn5T,i
11,,666.6667,343.75,,现在，，满足近似条件。 cnT55，0.0003,i
112)近似条件二: ,,cnTT32,ion
1111现在，，满足近似条件。 ,,430.3315,343.75,,cnTT3232，0.0003，
0.001,ion
(5)编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线
根据设计结果可得:
,s，10.016s，1nG(s),K,53.7109， ASRn,s0.016sn
1//0.016,,,,,,, 2Ts，1Ts，1Ts，10.0016s，1,ion,n
R8, CTs0.02sem
1)绘制经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线
Matlab程序如下:
n1=50;d1=[1];s1=tf(n1,d1);
n2=0.016;d2=[0.0016 1];s2=tf(n2,d2);
n3=53.7109;d3=[1];s3=tf(n3,d3);
n4=[0.016 1];d4=[0.016 0];s4=tf(n4,d4);
n5=8;d5=[0.02 0];s5=tf(n5,d5);
sys=s2*s3*s4*s5;
margin(sys);
grid on
图7 经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线 2)绘制经过小参数环节合并近似后的转速环单位阶跃响应曲线建立如下的动态结构图
图8 转速环simulink动态结构图执行以下matlab程序:
>> %MATLAB PRGRAM L581.m [a1,b1,c1,d1]=linmod('m1');
s1=ss(a1,b1,c1,d1);
step(s1)
图9 经过小参数环节合并近似后的注转速环单位阶跃响应曲线由图9可看出超调量为23.3%<25%，过渡时间为0.0354<0.5s故满足设计要求。 (6)编制Matlab 程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线
根据设计结果可得:
,s，10.016s，1nG(s),K,53.7109， ASRn,s0.016sn
,1/0.8,2Ts，10.0006s，1i, ,0.02,Ts，10.001s，1on
R8, CTs0.02sem
1)绘制未经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线
Matlab程序如下:
n2=0.02;d2=[0.001 1];s2=tf(n2,d2);
n3=53.7109;d3=[1];s3=tf(n3,d3);
n4=[0.016 1];d4=[0.016 0];s4=tf(n4,d4);
n5=8;d5=[0.02 0];s5=tf(n5,d5);
n6=0.8;d6=[0.0006 1];s6=tf(n6,d6);
sys=s2*s3*s4*s5*s6;
margin(sys);
grid on
图10 未经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线 2)绘制未经过小参数环节合并近似后的转速环单位阶跃响应曲线建立如下的动态结构图
图11 转速环simulink动态结构图
执行以下matlab程序:
>> %MATLAB PRGRAM L581.m
[a1,b1,c1,d1]=linmod('m1'); s1=ss(a1,b1,c1,d1);
step(s1)
图12 未经过小参数环节合并近似后的转速环单位阶跃响应曲线由图12可看出超调量为24.7%<25%，过渡时间为0.0354<0.5s故满足设计要求。 4、建立转速电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真模型
图13 双闭环直流调速系统动态结构图
用scope观测阶跃信号输入下转速和电流的输出曲线为:
图14 转速和电流的输出曲线
5、阶跃信号输入条件下的转速、电流、转速调节器输出、电流调节器输出过渡过程曲线
1)使用下列程序得到阶跃信号输入条件下的转速、电流、转速调节器输出、电流调节器输出过渡过程曲线如图15。但发现，用这种方法仿真的出的结果与理论的不同，究其原因是此种方法没有将ASR和ACR的限幅仿真出来，因此再采用scope观测结果。
%MATLAB PRGRAM L581.m
[a1,b1,c1,d1]=linmod('m1'); s1=ss(a1,b1,c1,d1);
step(s1)
图15 阶跃信号输入条件下的转速、电流、转速调节器输出、电流调节器输出过
渡过程曲线
Out(1)~Out(4)分别为转速、电流、转速调节器、电流调节器的单位阶跃信号下的输出。由Out(1)可看出，超调量为24.7%，过渡时间为0.0355s，均符合设计要求。
2)
Scope观测结果如图16—19。
图16 单位阶跃输入下的转速输出曲线
由图16可以得出空载启动时，超调量为0.08%，过渡时间也非常小，曲线非常接近理想曲线，满足设计要求。
图17 单位阶跃输入下电流曲线
由图17可看出此曲线与标准曲线吻合，启动时电枢电流维持在最大值8A，满足设计要求。
图18 单位阶跃输入下转速调节器输出曲线
由图18可得，本双闭环调速系统实现了稳态无静差的设计要求。
图 19 单位阶跃输入下电流调节器输出曲线
ACR在启动过程中是不能达到饱和的，但是模拟时出现了饱和现象，很可能就由于模拟框图中限幅器的使用不当造成。
双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验 魏小景张晓娇刘姣 （自动化0602班） 摘要：采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行设计，选择调节器结构，进行参数的计算和校验;给出系统动态结构图，建立起动、抗负载扰动的Matlab Simulink 仿真模型.分析系统起动的转速和电流的仿真波形 ,并进行调试 ,使双闭环直流调速系统趋于合理与完善。 关键词:双闭环调速系统;调节器;Matlab Simulink建模仿真 1.引言 双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在拖动领域中发挥着极其重要的作用。由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础，直流电机双闭环调速系统的工程设计主要是设计两个调节器。调节器的设计一般包括两个方面:第一选择调节器的结构,以确保系统稳定,同时满足所需的稳态精度. 第二选择调节器的参数,以满足动态性能指标。本文就直流电机调速进行了较系统的研究，从直流电机的基本特性到单闭环调速系统，然后进行双闭环直流电机设计方法研究，最后用实际系统进行工程设计，并采用Matlab/Sim-ulink进行仿真。 2.基本原理和系统建模 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置了两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串联连接. 把转速调节器ASR 的输出当作电流调节器ACR 的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置GT ,TA为电流传感器,TG 为测速发电机. 从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫做内环,转速调节环在外边叫做外环,这样就形了转速、 图1 直流电机双闭环调速系统的动态结构图
《机电控制技术》 课程大作业一 基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真 学院：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：1108110 学号：1110811005 姓名：崔晓蒙 2013-06-17
设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为： 设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为： 额定功率200W ； 额定电压48V ； 额定电流4A ； 额定转速n=500r/min ； 电枢回路总电阻R=0.8Ω；(本次选为8Ω） 允许电流过载倍数λ=2； 电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5； 电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ； 要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==* * im nm U U 10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ； PWM 功率变换器的开关频率=f 10kHz ； 放大倍数=s K 4.8。 试对该系统进行动态参数设计，设计指标： 稳态无静差； 电流超调量≤i σ5%； 空载起动到额定转速时的转速超调量σ ≤ 25%； 过渡过程时间=s t 0.5 s 。
1.计算电流和转速反馈系数 电流反馈系数：） （A V I U nom im /25.14210 *=?==λβ 转速反馈系数：)/min (02.0500 10 *r V n U nom nm ===α 2.电流环的动态校正过程和设计结果 2.1确定时间常数 由题给电流反馈滤波时间常数s ms T oi 0002.02.0==， 调制周期s f T s 0001.010 1 14=== ， 按电流环小时间常数的近似处理方法，有 s T T T oi s i 0003.00002.00001.0=+=+=∑ 2.2选择电流调节器结构 电流环可按Ⅰ型系统进行设计。电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为 s s K s G i i i ACR ττ1 )(+= 2.3选择调节器参数 超前时间常数：s T l i 008.0==τ。 电流超调量由题给为%5≤i σ，电流环开环增益：取5.0=∑i I T K ，因此 6667.16660003 .05 .05.0=== ∑i I T K 于是，电流调节器的比例系数为 .7778718 .425.18 008.06667.1666=???==s i I i K R K K βτ 2.4检验近似条件 电流环的截止频率1/s 6667.1666==I ci K ω。 1）近似条件一：s ci T 31≤ ω
《机电系统控制基础》大作业一 基于MATLAB的机电控制系统响应分析 哈尔滨工业大学 2013年11月4日
1 作业题目 1. 用MATLAB 绘制系统2 ()25()() 425 C s s R s s s Φ== ++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。 2. 用MATLAB 求系统2 ()25 ()()425 C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。 3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下： X i 伺服电机原理图如下： L R (1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1，减速器输出轴上的转动惯量为J 2，减速器减速比为i ，滚珠丝杠的螺距为P ，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ； (2)假定工作台质量m ，给定环节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ，电动机的反电势常数为K d ，电动机的电磁力矩常数为K m ，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其控制系统框图； (3)忽略电感L 时，令参数K a =K c =K d =R=J=1，K m =10，P/i =4π，利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。
2 题目1 单位脉冲响应曲线 单位阶跃响应曲线
源代码 t=[0:0.01:1.6]; %仿真时间区段和输入 nC=[25]; dR=[1,4,25]; fi=tf(nC,dR); %求系统模型 [y1,T]=impulse(fi,t); [y2,T]=step(fi,t); %系统响应 plot(T,y1); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; plot(T,y2); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; %生成图形 3 题目2 借助Matlab，可得： ans = 0.4330 0.6860 25.3826 1.0000 即
题目(中)直流电机双闭环控制调速 姓名与学号 指导教师 年级与专业
所在学院
目录： 一、电机控制实验目的和要求 (4) 二、双闭环调速控制内容 (4) 三、主要仪器设备和仿真平台 (5) 四、仿真建模步骤及分析 (5) 1．直流电机双闭环调速各模块功能分析 (5) 2.仿真结果分析（转速、转矩改变） (18) 3.转速PI调节器参数对电机运行性能的影响 (24) 4.电流调节器改用PI调节器后的仿真 (27) 5.加入位置闭环后的仿真 (28) 6.速度无超调仿真 (30) 七、实验心得 (32)
一、电机控制实验目的和要求 1、加深对直流电机双闭环PWM调速模型的理解。 2、学会利用MATLAB中的SIMULINK工具进行建模仿真。 3、掌握PI调节器的使用，分析其参数对电机运行性能的影响。 二、双闭环调速控制内容 必做： 1、描述Chopper-Fed DC Motor Drive中每个模块的功能。 2、仿真结果分析：包括转速改变、转矩改变下电机运行性能，并解释相应现象。 3、转速PI调节器参数对电机运行性能的影响。 4、电流调节器改用PI调节器后，对电机运行调速结果的影响。 选做： 5、加入位置闭环 6、速度无超调
三、主要仪器设备和仿真平台 1、MATLAB R2014b 2、Microsoft Officials Word 2016 四、仿真建模步骤及分析 1．直流电机双闭环调速各模块功能分析 参考Matlab自带的直流电机双闭环调速的SIMULINK仿真模型： demo/simulink/simpowersystem/Power Electronics Models/Chopper-Fed DC Motor Drive
哈尔滨工业大学工业工程系 机电系统控制技术大作业 班级：1008401班 学号：1100800807 姓名：匡野 日期：2013.7.14 指导教师：崔贤玉成绩：
机电系统控制技术大作业要求 根据PI 、PD 、PID 调节器的频率特性简述其校正的作用；以近似PID 调节器为例详述其校正的过程；最后以下题的指标要求为例详细设计校正网络及参数。 题：某单位反馈系统的开环传递函数为 ()11(1)(1)1060K G s s s s =++ 当输入速度为1rad/s 时，稳态位置误差为 e ss ≤1 126rad ，相位裕度,0()30c γω≥，幅值穿越频率,20c ω≥rad/s 。
（1）根据稳态精度位置误差求出系统开环放大系数 原系统为I型系统，所以 。 做出原系统的图，如图所示。由图可得，错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，原系统不稳定。 （2）选择校正方式 虽然采用一级超前校正，无法实现如此大的相位超前；若采用两级超前校正，虽可以实现需要的相位超前，但响应速度将远远超出性能指标的要求，带宽过大，抗高频干扰能力变差，同时需要放大器，系统结构复杂，故不宜采用两级超前校正。如采用串联滞后校正，虽
可实现相位裕量的要求，但响应速度又不能满足要求，同时之后校正装置的转折频率必须远离错误！未找到引用源。，则校正装置的时间常数错误！未找到引用源。将大大增加，物理上难以实现，故也不宜采取滞后校正。因此，现拟采用无源串联滞后-超前网络来校正。（3）设计滞后-超前校正装置 首先选择校正后系统的幅值穿越频率错误！未找到引用源。。从原系统的博德图可以看出，当错误！未找到引用源。时，原系统的相角为错误！未找到引用源。。故选择校正后的系统幅值穿越频率错误！未找到引用源。较为方便。这样在错误！未找到引用源。处，所需相位超前角应大于或等于错误！未找到引用源。。当错误！未找到引用源。选定之后，下一步确定滞后-超前校正网络的相位滞后部分打的转折频率错误！未找到引用源。，选错误！未找到引用源。。且取错误！未找到引用源。，则滞后部分的另一转折频率错误！未找到引用源。，故滞后-超前校正网络的滞后部分的传递函数错误！未找到引用源。就可确定为 滞后-超前校正网络网络超前部分可确定如下：因为校正后的幅值穿越频率错误！未找到引用源。，从图1可以找出，未校正系统在错误！未找到引用源。处的对数幅值错误！未找到引用源。。因此，如果滞后-超前校正网络在错误！未找到引用源。处产生错误！未找到引用源。幅值，则校正后的幅值穿越频率即为所求。根据这一要求，
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1) 2 直流电机双闭环调速系统 (3) 2.1直流电动机的起动与调速 (3) 2.2直流调速系统的性能指标 (3) 2.2.1静态性能指标 (3) 2.2.2动态的性能指标 (4) 2.3双闭环直流调速系统的组成 (6) 3 双闭环直流调速系统的设计 (8) 3.1电流调节器的设计 (8) 3.2转速调节器的设计 (10) 3.3闭环动态结构框图设计 (12) 3.4设计实例 (12) 3.4.1设计电流调节器 (13) 3.4.2设计转速调节器 (15) 4.Matlab仿真 (17) 4.1仿真结果分析 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论 1.1课题研究背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。 以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 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。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。 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。并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个
6011机电一体化系统设计基础大作业 责任教师高秋红 学校：北京一轻高级技术学校学号：111100140 姓名： 一、基础知识题（每题10分，共40分） 1.机电一体化系统的定义？机电一体化产品的分类？ 答：机电一体化系统是由机械技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。 按发展水平分：功能附加型初级系统，功能代替型中级系统，机电融合型高级系统 按应用分：民用机电一体化产品，办公机电一体化产品和产业机电一体化产品 2. 机电一体化系统的基本组成要素？试分析试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。 答：按照机电一体化系统的基本结构要素，图示数控机床的各个部分归类如下：（1）控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示 （2）测试传感部分：光电编码器、信号处理 （3）能源：电源 （4）驱动部分：功放、电机 （5）执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台
3. 为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？ 机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。 4．简述机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤） 机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）：拟定产品开发目标和技术规范；收集资料，市场分析，可行性分析和技术经济性分析；总体方案设计；总体方案的评审和评价；详细设计；详细设计方案的评审和评价；试制样机；样机实验，测试；技术评价与审定；小批量生产；试销；正常生产；销售。 二、综合分析设计题（60分） 1．已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示。要求： （1）说明单自由度驱动系统的两种测量方案；（20分） 要求给出传感器的类型及具体安装位置。 （2）确定整个系统的控制方案、画出控制系统原理图。（40分） 要求写出两种控制方案，方案一使用工业PC机完成系统的控制和方案二使用单片机完成系统的控制。 解：依题意有两种测量方案 1）高速端测量方案： 传感器安装在电机的尾部，通过测量电机的转角实现工作台位移的间接测量。可选用光电编码器式传感器或者磁电式编码器。
双闭环直流电机调速系统 摘要： 关键词： 引言：速度和电流双臂环直流调速系统，是由单闭环调速系统发展而来的，调速系统采用比例积分调节器，实现了转速的无静差调速。又采用直流截止负反馈环节，限制了启（制）动时的最大电流。这对一般要求不太高的调速系统，基本已能满足要求。但是由于电流截止反馈限制了最大电流，再加上电动机反电动势随着电机转速的上升而增加，使电流达最大值后便迅速将下来。此时，电机的转矩也减小，使启动过程变慢，启动时间较长。 一、双闭环直流调速系统的组成 转速、电流双闭环直流调速系统原理如图 1 所示。系统的组成框图如图2所示。
图1 转速-电流双闭环直流调速系统 图2 转速-电流双闭环直流电机调速系统组成框图 由图可见，该系统由两个反馈构成两个闭环回路，其中一个是由电流调节器ACR和电流检测——反馈环节构成的电流环，另一个是由速度调节器ASR和转速检测——反馈环节构成的速度环。由于速度环包围电流环，因此称电流环为内环，称速度环为外环。在电路中，ASR和ACR实行串级联接，即由ASR去“驱动”ACR，再由ACR去控制“触发电路”。图中ASR和ACR均为PI调节器。ASR、ACR的输入、输出量的极性主要视触发电路对控制电压的要求而定。 （一）直流电机各物理量间的关系 直流电动机的电路图如图3所示。由图可知，直流电动机有两个独立回路，一个是电枢回路，另一个是励磁回路。
1．电枢绕组的电磁转矩和转矩平衡关系： 2．电枢回路电压平衡关系 结合以上公式可推出即e e T a e a T K K R K U n ?Φ -Φ= 2 其中，Φ ?= e a K U n 0，称为电机理想空载转速，e e T a T K K R n ?Φ=?2为电机转速降，故 直流电机的调速方法 改变电压调速，采用此方法的特性曲线如下图6所示： 图6 改变U 时的机械曲线特性 3．直流电动机的系统框图 （二）转速调节器与速度调节器—比例积分电路（PI 调节器） PI 调节器的电路原理图如图7所示：
目录 本科生课程论文 ........................................................................... 错误!未定义书签。 一、仿真题目 (2) 单闭环直流调速系统仿真 (2) 二、仿真过程 (2) 2.1 仿真总图 (2) 2.2 PWM模块 (3) 2.3 电机模块 (3) 2.4 仿真结果 (4) 三、心得体会 (10)
一、仿真题目 单闭环直流调速系统仿真 直流电动机：型号为Z4-132-1，额定电压400N U =V ，额定电流52.2dN I =A ，额定转速为2610 r/min ，反电动势系数e C =0.1459 V ?min/r ，允许过载倍数λ=1.5；PWM 变换器开关频率：8KHz ，放大系数：s K =107.5；(538/5=107.5)，直流母线电压为538V 。 电枢回路总电阻： 0.368R =Ω； 时间常数：电枢回路电磁时间常数l T =0.0144s ，电力拖动系统机电时间常数 m T =0.18s ；转速反馈系数0.00383min/V s =?α(N n V /10≈)； 对应额定转速时的给定电压V U n 10* =。 ● 在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。其中PWM 变换器利用给 出的PWM 控制器模块和simulink/Powersystem 工具包中的功率封装模块搭建，不能直接利用传递函数建模。比例积分调节器进行积分和输出限幅，输出限幅值为+5和-5。 ● 给出采用比例调节器（7p K =）、比例积分调节器时（7p K =，1107 =τ ）空载起动 到额定转速的转速波形，并就稳态静差和动态性能进行对比，分析说明原因。 ● 给出采用比例积分调节器时（7p K =，1107 =τ ）的转速、电流、电枢电压波形， 分析空载起动过程中电流过流原因，请给出解决过流问题的方法。 ● 在4s 突加40%额定负载，给出仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输 出），并加载过程中波形变化加以分析，比较加载前后稳态转速，说明原因。 二、仿真过程 2.1 仿真总图
基于MATLAB 的直流电机 双闭环调速系统的设计与仿真 设计任务书： 1. 设置该大作业的目的 在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。此外，通过完成本大作业题目，让学生体会反馈校正方法所具有的独特优点：改造受控对象的固有特性，使其满足更高的动态品质指标。 2. 大作业具体容 设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为： 额定功率200W ； 额定电压48V ； 额定电流4A ； 额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R Ω； 允许电流过载倍数λ=2； 电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5s ； 电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ； 要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==* *im nm U U 10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ；
f10kHz； PWM功率变换器的开关频率= K 4.8。 放大倍数= s 试对该系统进行动态参数设计，设计指标： 稳态无静差； σ5%； 电流超调量≤ i 空载起动到额定转速时的转速超调量σ≤ 25%； t0.5 s。 过渡过程时间= s 3. 具体要求 (1) 计算电流和转速反馈系数； (2) 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果； (3) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (4) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (5) 按工程设计法，详细写出转速环的动态校正过程和设计结果； (6) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (7) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (8) 建立转速电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真模型，对上述分析设计结果进行仿真； (9) 给出阶跃信号速度输入条件下的转速、电流、转速调节器输出、电流调节器输出过渡过程曲线，分析设计结果与要求指标的符合性；
《机电系统控制器与应用》 大作业三 （2015年春季学期） 题目：小彩灯循环闪烁控制 姓名：韩威 学号：1120810613 班级：1208106 专业：机械设计制造及其自动化报告提交日期：2015.5.2 哈尔滨工业大学
大作业要求 1.请根据课堂内容，自己选择灯闪烁方式，题目自拟，但拒绝雷同 和抄袭，否则均为零分； 2.作业最后应包含自己的心得、体会或意见、建议等； 3.统一用该模板撰写，每份报告字数不少于2000字，上限不限； 4.正文格式：小四号字体，行距为1.25倍行距； 5.用A4纸双面打印；左侧装订，1枚钉； 6.需同时提交打印稿和电子文档予以存档，电子文档由班长收齐， 统一发送至：chenzhg@https://www.doczj.com/doc/43599569.html,。 7.此页不得删除。 评语： 教师签名： 年月日
大作业题目：小彩灯循环闪烁控制 一、功能 利用PLC控制四个灯的循环闪烁。四个输出端控制四个彩灯，当开关1被按下时从第一个开始灯循环闪烁，每隔一定的时间下一个灯亮保持同样的时间接着下一个灯亮，且每次只有一个灯亮。当按下另一个开关2后所有的灯都熄灭。当接通开关1后又重新开始循环。 二、i/o分配 三、plc接线图
五、梯形图
六、调试结果及分析 结果： 利用PLC 的Q0.0 到Q0.3 四个输出端控制四个彩灯，每隔一秒亮一个并循环。当接通I0.0后所有的灯都熄灭。当接通I0.1后又重新从Q0.0开始循环。 分析： 上电后sm0.0一直保持接通。所以t37进行延时计时，延时到后t38启动计时，t38计时到后t38常闭触点断开所以t37断开计时，t37常开触点恢复为常开所以t38 也断开计时。此时t38 的常闭触点恢复为常闭所以t37 又重新计时，同时计数器C0开始计数一次。如此的反复计数。 当计数为1时，Q0.0接通。计数器计数为2是Q0.1接通……如此下去当计数器计数到4时Q0.3接通。当计数器计到5时时计数器C0 清零。当按下在线控制面板上的I0.0f（即I0.0）接通，此时计数器，和Q0.0~Q0.3都清零，即没有一个灯亮。当按下在线控制面板上的I0.1f(即I0.1接通)此时计数器开始重新计数，灯又开始重新亮。 体会： PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现。抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证彩灯控制的可靠稳定，随着社会市场经济的不断繁荣和发展，各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。彩灯成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多为采用霓虹灯管做成各种各样和各种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。这些灯的控制设备多为数字电路。而在现代生活中，大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于其变化多、功率大，数字电路则不能胜任。PLC在不同变化类型的彩灯控制中的应用，灯的亮灭、闪烁时间通过PLC来达到控制要求。在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是主要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接控制，不需经过PLC控制。流水灯负载变换频率高，变换速度快，是人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形。变幻灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性的花样变化，但频率不高。 流水灯及变幻灯均适宜采用PLC控制。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的彩灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程控制器彩灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
双闭环直流电机调速系统设计 摘要 转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。本文首先确定整个设计的方案和框图。然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算然后最后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析，最后画出了调速控制电路的电气原理图。 关键词：双闭环；转速调节器；电流调节器 目录 前言0 第1章绪论1 1．1直流调速系统的概述1 1．2研究课题的目的和意义1 1．3设计内容和要求1 1.3.1设计要求1 1.3.2设计内容1 第2章双闭环直流调速系统设计框图3 第3章系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组成4
3．1主电路的选择与确定4 3．2 双闭环调速系统的组成6 3．3 稳态结构框图和动态数学模型7 3.3.1稳态结构框图7 3.3.2 动态数学模型9 第4章主电路各器件的选择和计算10 4．1变流变压器容量的计算和选择10 4．2 整流元件晶闸管的选型12 4．3 电抗器设计13 4．4 主电路保护电路设计15 4.4.1过电压保护设计15 4.4.2过电流保护设计17 第5章驱动电路的设计18 5．1晶闸管的触发电路18 5．2脉冲变压器的设计20 第6章双闭环调速系统调节器的动态设计22 6．1 电流调节器的设计23 6．2 转速调节器的设计24 第7章基于MATLAB/SIMULINK的调速系统的仿真28 小结31 致谢32 参考文献33 附表34 附图35
《运动控制系统》课程设计指导书 一、课程设计的主要任务 （一）系统各环节选型 1、主回路方案确定。 2、控制回路选择：给定器、调节放大器、触发器、稳压电源、电流截止环节，调节器锁零电路、电流、电压检测环节、同步变压器接线方式（须对以上环节画出线路图，说明其原理）。 （二）主要电气设备的计算和选择 1、整流变压器计算：变压器原副方电压、电流、容量以及联接组别选择。 2、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择。 3、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选择计算。 4、平波电抗器选择计算。 （三）系统参数计算 1、电流调节器ACR 中i i R C 、 计算。
2、转速调节器ASR 中n n R C 、 计算。 3、动态性能指标计算。 （四）画出双闭环调速系统电气原理图。 使用A1或A2图纸，并画出动态框图和波德图（在设计说明书中）。 二、基本要求 1、使学生进一步熟悉和掌握单、双闭环直流调速系统工作原理，了解工程设计的基本方法和步骤。 2、熟练掌握主电路结构选择方法，主电路元器件的选型计算方法。 3、熟练掌握过电压、过电流保护方式的配置及其整定计算。 4、掌握触发电路的选型、设计方法。 5、掌握同步电压相位的选择方法。 6、掌握速度调节器、电流调节器的典型设计方法。 7、掌握电气系统线路图绘制方法。 8、掌握撰写课程设计报告的方法。 三、 课程设计原始数据
有以下四个设计课题可供选用： A 组： 直流他励电动机：功率P e ＝1.1KW ，额定电流I e =6.7A ，磁极对数P=1， n e =1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻R a =2.34Ω,主电路总电阻R ＝7Ω，L ∑＝246.25Mh(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，K s =58.4，机电时间常数 T m =116.2ms ，滤波时间常数T on =T oi =0.00235s ，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 10V U im =*，速度给定最大值 10V U n =* B 组： 直流他励电动机：功率P e ＝22KW ，额定电压U e =220V ，额定电流I e =116A,磁极对 数P=2，n e =1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻R a =0.112Ω,主电路总电阻R ＝ 0.32Ω，L ∑＝37.22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数 C e =0.138 Vmin ／r ，K s =22，电磁时间常数T L =0.116ms ，机电时间常数T m =0.157ms ， 滤波时间常数T on =T oi =0.00235s ，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 10V U im =*，速度给定最大值 10V U n =* C 组： 直流他励电动机：功率Pe ＝145KW ，额定电压Ue=220V ，额定电流Ie=733A,磁极对数P=2，ne=430r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.0015Ω,主电路总电阻R ＝0.036Ω，Ks=41.5，电磁时间常数TL=0.0734ms ，机电时间常数
直流电机双闭环系统设计 院系：机电工程学院 班级：电气自动化一班 姓名： 学号： 1 1 0 2 0 3 0 1 4 2 指导教师： 目录
1引言 2调速系统的性能指标 2.1调速系统的稳态指标 2.2调速系统的动态性能指标 2.3系统结构选择 3数字直流电机调速系统的数字PID控制3.1基于单片机控制的直流电机双闭环调速系统3.2 PID调节器的基本原理 4总结与展望 4.1工作总结 4.2研究展 参考文献 直流电机双闭环系统设计摘要
近年来，自动化控制系统在各行业中得到了广泛的应用和发展，而直流调速系统作为电力拖动系统的主要方式之一，在现代化生产中起着十分重要的作用。随着微电子技术的不断发展，计算机在调速系统中的应用使控制系统得到简化，体积减小，可靠性提高，而且各种经典和智能算法也都分别在调速系统中得到了灵活。 以单片机为控制核心的数字直流调速系统有着许多优点：由于速度给定和测速采用了数字化，能够在很宽的范围内高精度测速，所以扩大了调速的范围，提高了测速控制系统的精度；由于硬件的高度集成化，所以使得零部件数量大大减少；由于很多功能都是由软件实现的，使硬件得以简化，因此故障率小；单片机以数字信号工作，控制方法灵活便捷，抗干扰能力较强。 关键词：直流电动机；调速；双闭环 1引言 按照拖动的电动机的类型来划分，自动调速系统可以分为直流调速系统和交流调速系统两大类。由于直流电动机的电压、电流和磁通的耦合较弱，使直流电动机具有良好的运行性能和控制特性，能够在大范围内平滑调速，启动、制动性能良好，其在20世纪70年代以来一直在高精度，大调速范围的传动领域内占据主导地位。在要求高起、制动转矩，快速响应和较宽速度调节范围的电气传动领域中，采用直流电动机作为调速系统的执行电机。由于直流电动机具有良好的机械特性和调速特性，调速平滑，方便，易于在大范围内进行平滑调速，过载能力较大，能够承受频繁的冲击负载，可
西南交通大学远程与继续教育学院 大作业考试试卷 课程名称：光机电一体化控制技术 课程代码：136800 考试说明： 一、问答题（本大题共4小题，每小题25分，共100分） 1.简述为什么在机电一体化系统设计，需要进行机电一体化系统建模和仿真分析；并说明模型建立的两种基本方式和其主要特点；在模型的数学描述上，离散系统和连续系统的数学模型分别采用哪种方法来描述？ 答，机电一体化系统中，机械系统，电子系统已经其他系统之间的连接往往是通过传感器或换能器，将被测物理量（位移，速度，加速度，声波，液压）等信号转换为电压或电流，系统在给定条件下，完成一定的功能。因此，从结构上，系统复杂。与所有系统一样，无论在系统设计还是分析，都需要进行实验研究，以确保功能得以实现，各系统之间工作协调，信息交流通畅，执行可靠。因此，在实验前，需要进行系统的描述，即建立系统模型，以便于从分析该模型得出整个系统的性能，功能指标。利用模型进行实验，获取所需要的信息，这一过程称为模拟和仿真。即通过模拟来达到对真实系统的了解和分析。从而减少费用，降低风险，并提高整体性能。 建模的方式通常被分为两大类，物理模型和数学模型，物理模型是以系统间的相似原理为基础建立的。包括系统按比例缩小的实体模型。 数学模型是用数学符号描述系统的数学表达式，系统属性由变量表示。可以通过计算机方式 进行仿真。 2.阐述传感器的指标及选取原则；说明传感器模拟信号采集过程中应该注意哪些问题；并阐述数字系统和模拟系统的各种特点和主要区别点？ 答：选取指标和原则： 1)：测量范围（量程） –进行传感器的选择时必须考虑传感器的测量范围。在选用时应使测量范围稍大于实际测量范围; –全量程简称FS 2)：线性度 要求传感器的输出-输入是线性关系，并能准确无误地反映被测量的实际值。 3)：分辨率（最小感量） –传感器能够在输入信号中监测到的最小变化量； –传感器的一个非常重要的静态性能指标，将直接影响到传感器的应用，选择时要特别注意。
双闭环直流电机调速系统的设计与MATLAB 仿真 双闭环调速系统的工作原理 转速控制的要求和调速指标 生产工艺对控制系统性能的要求经量化和折算后可以表达为稳态和动态性能指标。设计任务书中给出了本系统调速指标的要求。深刻理解这些指标的含义是必要的，也有助于我们构想后面的设计思路。在以下四项中，前两项属于稳态性能指标，后两项属于动态性能指标 调速范围D 生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，即 m in m ax n n D = （1-1） 静差率s 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率，即 %1000 ??= n n s nom （1-2） 静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的。 跟随性能指标 在给定信号R （t ）的作用下，系统输出量C (t )的变化情况可用跟随性能指标来描述。具体的跟随性能指标有下列各项：上升时间r t ，超调量σ，调节时间s t . 抗扰性能指标 此项指标表明控制系统抵抗扰动的能力，它由以下两项组成：动态降落%max C ?，恢复时间v t . 调速系统的两个基本方面 在理解了本设计需满足的各项指标之后，我们会发现在权衡这些基本指标，即
1) 动态稳定性与静态准确性对系统放大倍数的要求； 2) 起动快速性与防止电流的冲击对电机电流的要求。 采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环调速系统,在保证系统稳定的条件下,实现转速无静差，解决了第一个问题。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速启制动，突加负载动态速降小等等，则单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流和转矩。 在电机最大电流受限的条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态后，又让电流立即降低下来，使转速马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。在单闭环调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流I dcr 值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-1a 所示。 a) b) 图1-1 调速系统启动过程的电流和转速波形 a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系统的启动过程 b) 理想快速启动过程 当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖 I d t 0 I 0 t
机电控制系统大作业—直流电机双闭环调速系统matlab仿 真 Harbin Institute of Technology Harbin Institute of Technology 机电控制系统分析与设计 课程大作业,一, 课程名称,机电控制系统分析与设计 设计题目,基于MATLAB的直流电机 双闭环调速系统的设计与仿真院系,机电工程学院 班级, 分析者, 学号, 设计时间,2012年7月1日 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology Harbin Institute of Technology 机电控制系统分析与设计课程大作业,二, 课程名称,机电控制系统分析与设计设计题目,四相反应式步进电机 环形分配器的设计与分析院系,机电工程学院 班级,0908107
分析者,吴东 学号,1093210417 设计时间,2012年7月1日 哈尔滨工业大学 1.计算电流和转速反馈系数 *U10im电流反馈系数:, ,,,1.25(V/A),I2，4nom *U10nm转速反馈系数: ,,,,0.02(Vmin/r)n500nom 2.电流环的设计 (1)确定时间常数 题目给出电流反馈滤波时间常数，由PWM功率变换器的开T,0.2ms,0.0002soi 11T,,,0.0001s关频率10kHz得调制周期按电流环小时间常数f,sf10，1000的近似处理方法，取 T,T，T,0.0001，0.0002,0.0003s,isoi (2)选择电流调节器结构 电流环可按?型系统进行设计。电流调节器选用PI调节器，其传递函数为 ,s，1iG(s),K ACRi,si(3)选择调节器参数 超前时间常数:。 ,,T,0.008sil 电流环按超调量考虑，电流环开环增益:取，因此 ,,5%KT,0.5iI,i 0.50.5K,,,1666.6667 IT0.0003,i 于是，电流调节器的比例系数为 ,R0.008，8iKK,,1666.6667，,17.7778 iI,K1.25，4.8s (4)检验近似条件 电流环的截止频率。 ,,K,1666.6667 1/sciI 1,,1)近似条件一: ci3Ts 11现在，，满足近似条件。 ,,3333.3333,1666.6667,,ciT33，0.0001s
存档日期：存档编号： 本科生毕业设计（论文） 论文题目：直流电机双闭环调速系统设计 姓名：徐震杰 学院：电气工程及自动化 专业：自动化 班级、学号：10电51 10285038 指导教师：甘良志 师大学教务处印制
摘要 直流调速系统的控制一般都是由转速、电流反馈来完成的，它的静态性能和动态性能都是十分杰出的，正是由于它的这些优点使其使用围也很广泛。其主要通过晶闸管可控整流电源来调节电源的大小。根据题目的设计要求，调速系统一共有两个控制器，它们分别是转速控制器（ASR）和电流控制器（ACR）。速度控制系统的电源电路的设计是使用三相全控桥整流电路实现的。在设计中，首先对总体规划的设计图进行了确定。之后又对主电路的结构形式以及各个元器件进行了确定和设计。与此同时，对包括晶闸管、电抗器等元件的参数进行了计算。在本文的最后一个部分，主要围绕本设计最重要的部分，直流调速系统的转速环和电流环进行设计。为了使速度和电流两个负反馈可以发挥一定的作用，因此，应该使其嵌套连接在速度和电流负反馈之间。单纯的从布局上来看的话，电流环在转速环的部，因此电流环被叫做环，相应的转速环就被称为外环。这样设计之后，以电流负反馈、转速负反馈为核心的调速系统就这样形成了。在对所有部分设计都完成了之后，采用MATLAB对整个系统进行仿真实验，并对数据进行分析，得出结论。 关键词：直流电动机双闭环调速系统转速负反馈电流负反馈
Abstract The speed and current feedback control of dc speed control system has excellent static and dynamic performance and the most widely application scope. It through thyristor controlled rectifying power supply to adjust the size of the power supply mainly. According to the design requirements of the title, it uses ASR and ACR as the controller of speed control system in the control circuit. The power supply circuit of the speed control system of design uses the Sedan fully-controlled bridge rectifier circuit. Firstly, we need determine the overall plan and diagram of this design before the design. Secondly, we need identify and design the structure of main circuit and the various components. At the same time, including the parameters of thyristor, reactor, etc. Finally, focus on the design of the most important two parts which are speed loop and current loop dc speed control system in the design. In the system were introduced speed negative feedback and current feedback and the implementation of a nested connection can realize the speed and current two kind of negative feedback effect between the two respectively. On the layout of it simply, current loop is referred to as the inner ring, because it is in the inside. Speed ring is called the outer ring, because current loop is in the interior of the speed loop. Through this design, the core of the double closed loop speed regulation system: speed negative feedback and current feedback is formed. After all parts of the design is done, using MATLAB simulation to do the experiments to the whole system and analyze the data, we can safely draw the conclusion. Keywords: DC motor; double closed loop; speed ring; current loop