直流运动控制系统仿真课程设计

运动控制系统的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解运动控制系统的基本概念、组成和分类。

2. 学生能掌握运动控制系统中常见传感器的原理和应用。

3. 学生能描述运动控制系统的执行机构工作原理及其特点。

4. 学生了解运动控制算法的基本原理，如PID控制、模糊控制等。

技能目标：1. 学生具备运用所学知识分析和解决实际运动控制问题的能力。

2. 学生能设计简单的运动控制系统，并进行仿真实验。

3. 学生能熟练使用相关软件和工具进行运动控制系统的调试与优化。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对运动控制系统相关技术的兴趣，激发学习热情。

2. 学生养成合作、探究的学习习惯，培养团队协作精神。

3. 学生认识到运动控制系统在工程实际中的应用价值，增强社会责任感。

课程性质：本课程为电子信息工程及相关专业高年级学生的专业课程，旨在帮助学生掌握运动控制系统的基本原理、设计方法和实际应用。

学生特点：学生已具备一定的电子、电气和控制系统基础，具有较强的学习能力和实践操作能力。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，强调学生的动手能力和创新能力培养。

通过本课程的学习，使学生具备运动控制系统设计、调试和应用的能力。

教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的实现。

二、教学内容1. 运动控制系统概述- 运动控制系统的基本概念、组成和分类- 运动控制系统的发展及应用领域2. 运动控制系统传感器- 常见运动控制传感器的工作原理、特性及应用- 传感器的选型及接口技术3. 执行机构- 电动伺服电机、步进电机、液压气动执行机构的工作原理及特点- 执行机构的控制策略及性能分析4. 运动控制算法- PID控制算法原理及其在运动控制中的应用- 模糊控制、神经网络等其他先进控制算法介绍5. 运动控制系统设计- 系统建模、控制器设计及仿真- 硬件在环（HIL）仿真与实验- 运动控制系统调试与优化6. 运动控制系统实例分析- 分析典型运动控制系统的设计过程及解决方案- 案例教学，培养学生的实际操作能力教学内容安排与进度：- 第1周：运动控制系统概述- 第2-3周：运动控制系统传感器- 第4-5周：执行机构- 第6-7周：运动控制算法- 第8-9周：运动控制系统设计- 第10周：运动控制系统实例分析教材章节关联：本课程教学内容与教材中第3章“运动控制系统”相关内容相衔接，涵盖第3章中的3.1-3.5节。

《运动控制系统》课程设计题目 :转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计1.设计题目转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计2.设计任务已知某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采纳三相桥式电路，基本数据以下：1）直流电动机： 160V、 120A、1000r/min、 C e=r，同意过载倍数λ=K s=302）晶闸管装置放大系数：3）电枢回路总电阻： R=Ω4）时间常数：T l =，T m=，转速滤波环节时间常数T on取5）电压调理器和电流调理器的给定电压均为10VSimulink成立系统试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调理器和转速调理器，并用模型，给出仿真结果。

系统要求：1）稳态指标：无静差2）动向指标：电流超调量σi≤ 5%；空载起动到额定转速时超调量σn≤ 10%3.设计要求依据电力拖动自动控制理论，按工程设计方法设计双闭环调速系统的步骤以下：1）设计电流调理器的构造和参数，将电流环校订成典型I 型系统；2）在简化电流环的条件下，设计速度调理器的构造和参数，将速度环校订成典型II 型系统；3）进行 Simulink 仿真，考证设计的有效性。

4.设计内容1）设计思路：带转速负反应的单闭环系统，因为它能够跟着负载的变化而相应的改变电枢电压，以赔偿电枢回路电阻压降的变化，所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降。

当反应控制闭环调速系统使用带比率放大器时，它依赖被调量的偏差进行控制的，所以是有静差率的调速系统，而比率积分控制器可使系统在无静差的状况下保持恒速，实现无静差调速。

对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流，能够用附带电流截止负反应作限流保护，但这其实不可以控制电流的动向波形。

按反应的控制规律，采纳某个物理量的负反应就能够保持该基本量基本不变，采纳电流负反应就应当能够获得近似的恒流过程。

此外，在单闭环调速系统中，用一个调理器综合多种信号，各参数间互相影响，难于进行调理器的参数调速。

直流电机控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解直流电机的工作原理，掌握直流电机的基本结构及其功能。

2. 学生能掌握直流电机控制的基本方法，包括启动、调速、制动等。

3. 学生能了解并描述直流电机在自动化控制中的应用。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，进行简单的直流电机控制电路的设计与搭建。

2. 学生能通过实际操作，熟练使用相关仪器设备进行直流电机控制实验。

3. 学生能通过实验数据分析，解决直流电机控制过程中出现的问题。

情感态度价值观目标：1. 学生对直流电机控制技术产生兴趣，培养探究精神和创新意识。

2. 学生在小组合作中，培养团队协作能力和沟通表达能力。

3. 学生关注直流电机控制技术在现实生活中的应用，增强学以致用的意识。

分析课程性质、学生特点和教学要求：1. 本课程为工程技术类课程，注重理论与实践相结合，强调学生的动手能力。

2. 学生为初中年级学生，具备一定的物理基础和动手操作能力，但对复杂电路和控制原理理解有限。

3. 教学要求以学生为主体，注重启发式教学，引导学生主动探究和解决问题。

二、教学内容1. 直流电机的工作原理与结构- 直流电机的组成及其功能- 直流电机的工作原理- 直流电机的类型及特点2. 直流电机控制方法- 直流电机的启动方法- 直流电机的调速方法- 直流电机的制动方法3. 直流电机控制电路设计与搭建- 控制电路元件的识别与选用- 控制电路的设计原理与步骤- 控制电路的搭建与调试4. 直流电机控制实验- 实验设备的使用与操作- 实验步骤与方法- 实验数据的收集与分析5. 直流电机控制技术应用- 直流电机控制技术在现实生活中的应用案例- 直流电机控制技术的未来发展教学内容安排与进度：第一课时：直流电机的工作原理与结构第二课时：直流电机控制方法第三课时：直流电机控制电路设计与搭建第四课时：直流电机控制实验第五课时：直流电机控制技术应用教材章节关联：教学内容与教材第二章“直流电机的原理与应用”相关联，涵盖直流电机的基本概念、原理、控制方法及其在实际中的应用。

运动控制课程设计-不可逆直流PWM双闭环调速系统运动控制课程设计-不可逆直流PWM双闭环调速系统一、设计背景和目的随着工业自动化的快速发展，运动控制系统的应用越来越广泛。

其中，不可逆直流PWM双闭环调速系统在许多场合具有重要作用。

本设计旨在加深对运动控制理论的理解，通过实际操作，掌握不可逆直流PWM双闭环调速系统的设计方法。

二、系统概述不可逆直流PWM双闭环调速系统主要包括电流反馈环和速度反馈环。

电流反馈环主要用于控制电流，速度反馈环则主要用于控制转速。

通过两个环路的协同作用，实现对电机转速的精确控制。

三、系统设计1.硬件设计本系统主要由功率电路、控制电路、检测电路和驱动电路组成。

功率电路包括PWM逆变器和整流器，用于实现直流电转换为交流电，并根据控制信号调节输出电压。

控制电路主要包括控制器和算法，用于实现对电流和转速的反馈控制。

检测电路包括电流检测和速度检测，用于实时监测电流和转速。

驱动电路包括PWM驱动器和H桥驱动器，用于驱动电机旋转。

2.软件设计本系统的软件部分主要包括电流控制环和速度控制环的实现。

电流控制环通过比较实际电流与设定电流的差值，运用PI（比例积分）控制算法调节PWM逆变器的输出电压，以实现对电流的精确控制。

速度控制环则通过比较实际速度与设定速度的差值，运用PI控制算法调节PWM驱动器的占空比，以实现对转速的精确控制。

两个环路之间采用串联连接，电流控制环作为速度控制环的内环，以实现对电流和转速的高效控制。

四、测试与分析1.测试方法为验证本系统的性能，需要进行电流控制环测试和速度控制环测试。

在电流控制环测试中，设定电流值，观察实际电流是否能够快速、准确地跟踪设定值。

在速度控制环测试中，设定转速值，观察实际转速是否能够快速、准确地跟踪设定值。

2.结果分析通过测试，可以发现本系统在电流控制环和速度控制环方面均具有较好的性能。

在电流控制环测试中，实际电流能够快速、准确地跟踪设定值，跟踪误差较小。

运动控制系统课程设计设计名称双闭环直流调速系统专业班级自动化10—3学号**********姓名王韶雨指导教师李铁鹰运动控制系统课程设计设计名称双闭环直流调速系统专业班级自动化10—3学号**********姓名张浩宇指导教师李铁鹰目录一、设计任务 (2)1、设计对象参数 (2)2、性能指标 (2)3、课程设计的主要内容和要求 (2)3.1电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计 (2)3.2控制电路的设计 (2)二、电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计 (3)1、整流电路和整流器件的选择 (3)2、整流变压器参数的计算 (3)3、整流器件的保护 (4)4、平波电抗器参数的计算 (4)5、触发电路的选择 (4)三、直流双闭环调速系统原理图设计 (5)1系统的组成 (5)2系统的电路原理图 (6)3直流双闭环调速系统调节器设计 (6)3.1获得系统设计对象 (8)3.2电流调节器的设计 (6)3.3转速调节器的设计 (11)四、系统起动过程分析 (16)一、设计任务1、设计对象参数（1）P nom=30KW （2）U nom=220V （3）I nom=136A（4）n nom=1460r/min （5）R a =0.2Ω（6）R Σ=0.6Ω（7）C e=0.2 v.min/r （8）RΣ=0.18Ω（9）K S=42（10）T oi=0.002 s （11）T0=0.01 s （12）λ=1.5（13）U*nm=8 V (14)U*im=8 V2、性能指标σi≤5% σn≤10% 3、课程设计的主要内容和要求3.1电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计（1）整流电路和整流器件的选择（2）整流变压器参数的计算（3）整流器件的保护（4）平波电抗器参数的计算（5）触发电路的选择3.2控制电路的设计（1）建立双闭环不可逆直流调速系统的动态数学模型（2）电流调节器的设计计算（3）转速调节器的设计计算二、电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计1、整流电路和整流器件的选择目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图1所示，其中阴极连接在一起的三个晶体管（VT1，VT3，VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶体管（VT4，VT6，VT2）称为共阳极组。

控制系统设计课程设计成绩评定表姓名学号专业班级课程设计题目：直流调速系统设计及仿真和交-交变频调速系统的建模与仿真。

课程设计答辩记录：1）如何改变有晶闸管的交-交变压变频器的输出电压和频率？答：正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压Uo，Uo 的幅值决定于各组可控整流装置的控制角，Uo的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。

如果控制角一直不变，则输出平均电压是方波。

2）双闭环转速调节器的作用？（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随着给定电压Un*变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

（2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。

成绩评定及依据：1. 课程设计考勤情况（20%）：2. 课程设计答辩情况（30%）：3. 完成设计任务报告规范性（50%，其中直流系统部分占60%，交流部分占40%）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）：指导教师签字：年月日课程设计任务书2014～2015学年第一学期学生姓名： 专业班级：指导教师： 工作部门：电气学院自动控制教研室一、课程设计题目：直流调速系统设计及仿真和交-交变频调速系统的建模与仿真。

二、设计目的：《控制系统课程设计》是继“自动控制系统”课之后开设的实践性环节课程。

由于它是一门理论深、综合性强的专业课，单是学习理论而不进行实践将不利于知识的接受及综合应用。

本课程设计将起到从理论过渡到实践的桥梁作用,通过该环节训练达到下述教学目的：1、通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。

2、通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，达到培养学生综合应用所学知识能力、培养学生实际查阅相关设计资料能力的目的、培养学生工程绘画和编写设计说明书的能力。

运动控制系统仿真实验报告——转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真双闭环直流调速系统仿真对例题3.8设计的双闭环系统进行设计和仿真分析,仿真时间10s 。

具体要求如下： 在一个由三相零式晶闸管供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：60=N P kW , 220=N U V , 308=N I A , 1000=N n r/min , 电动势系数e C =0.196 V·min/r , 主回路总电阻R =0.18Ω,变换器的放大倍数s K =35。

电磁时间常数l T =0.012s,机电时间常数m T =0.12s,电流反馈滤波时间常数i T 0=0.0025s,转速反馈滤波时间常数n T 0=0.015s 。

额定转速时的给定电压(U n *)N =10V,调节器ASR ，ACR 饱和输出电压U im *=8V,U cm =7.2V 。

系统的静、动态指标为:稳态无静差,调速范围D=10,电流超调量i σ≤5% ,空载起动到额定转速时的转速超调量n σ≤10%。

试求：（1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在1.3N I 以内)和转速反馈系数α。

（2）试设计电流调节器ACR.和转速调节器ASR 。

（3）在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。

给出空载起动到额定转速过程中转速调节器积分部分不限幅与限幅时的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），指出空载起动时转速波形的区别，并分析原因。

（4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn 。

并与仿真结果进行对比分析。

（5）估算空载起动到额定转速的时间，并与仿真结果进行对比分析。

（6）在5s 突加40%额定负载，给出转速调节器限幅后的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），并对波形变化加以分析。

（一）实验参数某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： • 直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ，C e=0.132Vmin/r ，允许过载倍数λ=1.5； • 晶闸管装置放大系数：K s=40； • 电枢回路总电阻：R =0.5Ω ； • 时间常数：T i=0.03s ， T m=0.18s ；• 电流反馈系数：β=0.05V/A （≈10V/1.5I N ）。

控制系统设计课程设计成绩评定表姓名学号专业班级课程设计题目：直流调速系统设计及仿真和交-交变频调速系统的建模与仿真。

课程设计答辩记录：1）如何改变有晶闸管的交-交变压变频器的输出电压和频率？答：正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压Uo，Uo 的幅值决定于各组可控整流装置的控制角，Uo的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。

如果控制角一直不变，则输出平均电压是方波。

2）双闭环转速调节器的作用？（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随着给定电压Un*变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

（2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。

成绩评定及依据：1. 课程设计考勤情况（20%）：2. 课程设计答辩情况（30%）：3. 完成设计任务报告规范性（50%，其中直流系统部分占60%，交流部分占40%）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）：指导教师签字：年月日课程设计任务书2014～2015学年第一学期学生姓名： 专业班级：指导教师： 工作部门：电气学院自动控制教研室一、课程设计题目：直流调速系统设计及仿真和交-交变频调速系统的建模与仿真。

二、设计目的：《控制系统课程设计》是继“自动控制系统”课之后开设的实践性环节课程。

由于它是一门理论深、综合性强的专业课，单是学习理论而不进行实践将不利于知识的接受及综合应用。

本课程设计将起到从理论过渡到实践的桥梁作用,通过该环节训练达到下述教学目的：1、通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。

2、通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，达到培养学生综合应用所学知识能力、培养学生实际查阅相关设计资料能力的目的、培养学生工程绘画和编写设计说明书的能力。

《运动控制系统》课程设计任务书一、设计目的与任务课程设计的主要目的是通过设计某直流电机调速系统或交流电机的调速系统或者应用交直流电机的调速的控制系统的设计实践，了解一般电力拖动与控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。

通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。

电力拖动与控制系统设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。

二、教学内容及基本要求在接到设计任务书后，按原理设计和工艺设计两方面进行。

1．原理图设计的步骤1)根据要求拟定设计任务。

2)根据电力拖动与控制系统的设计要求设计主电路。

3)根据主电路的控制要求设计控制回路4)要考虑保护环节，如过电压、过电流等的保护。

5)总体检查、修改、补充及完善。

主要内容包括：6)进行必要的参数计算和设计必要的软件控制流程。

7)正确、合理地选择各电器元器件，按规定格式编制元件明细表。

2．工艺设计步骤1)根据电力拖动与控制系统的任务书的设计要求，或者根据运用电力拖动调速等的设计控制对象及工艺的要求，进行分析。

2)选择合适的设计方案，论证设计方案的合理性。

3)根据设计方案设计合适的电力拖动与控制系统的或运用电力拖动调速的控制系统的主电路和控制电路，并画出相应比较相尽得电路图。

4)进行相应的参数进算，包括电子元器件的参数的计算与选取。

5）软件设计至少要包含比较完整的软件设计流程图。

要求学生能独立完成课程设计内容。

达到本科毕业生应具有的基本设计能力。

三、课程教学的特色说明要求学生掌握一定的理论基础知识，同时具备一定的实践设计技能，并且能够电力拖动与控制系统课程中讲授的内容结合实际情况进行系统设计以及编程。