运动控制系统仿真实验讲义

运动控制系统实验实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一．实验目的1．熟悉晶闸管直流调速系统的组成结构；2．掌握晶闸管直流调速系统参数与环节特性的测定方法。

二．实验内容1．测定晶闸管整流装置的外特性；2．测定晶闸管触发及整流装置的放大系数；3．用直流伏安法测量直流电动机的电枢电阻和电抗器电阻；4．直流电动机电势常数Ce和转矩常数C M的测定；5．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M（选做）；6．测定直流电动机－发电机－测速发电机组的飞轮惯量GD2；7．绘制自由停车曲线n=f ( t )（选做）；8．测速发电机特性U TG=f (n)的测试；9．用交流伏安法测量直流电动机电枢回路的电感；10．计算主电路电磁时间常数测定。

三．实验系统组成和工作原理晶闸管直流调速系统由三相交流电路、晶闸管整流调速装置、平波电抗器，电动机——发电机组等组成。

本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。

四．实验设备及仪器见表3－1五．注意事项为防止电枢过大电流的冲击，每次增加U g 须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。

表3－1实验设备及仪器六．实验方法1．测定整流装置的外特性u ＝f( I )，并确定其内阻r 。

⑴ 实验原理 见图3－1图3－1 整流装置外特性测试原理图⑵ 数据测定及处理每次实验前，都应将负载电阻R 的阻值置于最大。

由于考虑到整流装置内阻的非线性关系，因此在实验中应测定不同的α角时的外特性曲线u ＝f( I )，α值可取三种不同的角度，对于每个不同的α值，通过改变R 的大小，可测取其4个左右的相应参数，并描述u ＝f( I )曲线（应为直线簇），该直线的斜率即为r 。

r＝△u /△I（合理选择△u 、△I的值）在实验中，应注意负载电流不得超过其额定值0.6A；每次重新改变α时，R应置于最大位置。

《运动控制系统》教案一、教学目标1. 理解运动控制系统的概念和组成2. 掌握运动控制系统的分类和原理3. 了解运动控制系统在实际应用中的重要性二、教学内容1. 运动控制系统的概念和组成1.1 运动控制系统的定义1.2 运动控制系统的组成要素2. 运动控制系统的分类和原理2.1 模拟运动控制系统2.2 数字运动控制系统2.3 位置控制、速度控制和加速度控制3. 运动控制系统在实际应用中的重要性3.1 运动控制系统在工业生产中的应用3.2 运动控制系统在技术中的应用3.3 运动控制系统在自动驾驶技术中的应用三、教学方法1. 讲授法：讲解运动控制系统的概念、分类和原理，引导学生理解并掌握相关知识。

2. 案例分析法：分析运动控制系统在实际应用中的重要性，帮助学生了解运动控制系统的应用价值。

3. 讨论法：组织学生探讨运动控制系统的发展趋势和挑战，培养学生的创新思维和问题解决能力。

四、教学资源1. 教材：《运动控制系统》2. 多媒体课件：PPT、动画、视频等3. 网络资源：相关论文、案例、新闻报道等五、教学评价1. 课堂参与度：评估学生在课堂讨论、提问等方面的积极性。

2. 课后作业：布置相关练习题，评估学生对运动控制系统知识的理解和掌握程度。

3. 小组项目：组织学生团队合作完成一个运动控制系统的应用案例，评估学生的实践能力和问题解决能力。

六、教学安排1. 课时：共计32课时，每课时45分钟2. 教学计划：第1-4课时：运动控制系统的概念和组成第5-8课时：运动控制系统的分类和原理第9-12课时：运动控制系统在实际应用中的重要性第13-16课时：运动控制系统的的发展趋势和挑战七、教学步骤1. 引入：通过一个实际应用案例，引出运动控制系统的重要性，激发学生的学习兴趣。

2. 讲解：讲解运动控制系统的概念、分类和原理，引导学生理解并掌握相关知识。

3. 案例分析：分析运动控制系统在实际应用中的重要性，帮助学生了解运动控制系统的应用价值。

一、运动控制系统实验项目一览表实验室名称：电机拖动实验室课程名称：运动控制系统适用专业：电气工程及自动化、自动化实验总学时：16设课方式：课程实验（“课程实验”或“独立设课”二选一）是否为网络实验：否（“是”或“否”二选一）实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试一．实验目的1．熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。

2．掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。

二．实验内容2．电平检测器的调试3．反号器的调试4．逻辑控制器的调试三．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。

2．NMCL—31A组件3．NMCL—18组件4．双踪示波器5．万用表四．实验方法1．速度调节器（ASR）的调试按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。

注意：正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。

（1）调整输出正、负限幅值“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由NMCL—31的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于 5V。

（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。

（3）观察PI特性拆除“5”、“6”端短接线接入5~7uf电容，（必须按下选择开关，绝不能开路），突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。

反馈电容由外接电容箱改变数值。

2．电流调节器（ACR）的调试按图1-5接线。

（1）调整输出正,负限幅值“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于 6V。

（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。

《运动控制系统仿真》实验讲义谢仕宏xiesh@实验一、闭环控制系统及直流双闭环调速系统仿真一、实验学时：6学时二、实验内容：1.已知控制系统框图如图所示：图1-1单闭环系统框图图中，被控对象G(S) 10e-150s，GC(S)为PID控制器，试整定PID控制器300s + 1参数，并建立控制系统Simulink仿真模型。

再对PID控制子系统进行封装，要求可通过封装后子系统的参数设置页面对KP、Ti、Td进行设置。

2.已知直流电机双闭环调速系统框图如图1-2所示。

试设计电流调节器ACR和转速调节器ASR并进行SimUIink建模仿真。

图1-2直流双闭环调速系统框图三、实验过程：1、建模过程如下：(1)PID控制器参数整顿根据PID参数的工程整定方法(Z-N法)，如下表所示，KP= 伯=0.24,Ti= 2 =300, KτTd= 0. 5 =75。

表1-1 Z-N法整定PID参数PI 0.9T-K T3τ无0.4K c0.8TC无PID 1.2TK I2τ0∙5τ0.6KC0.5TC0.12TC(2) Simulink仿真模型建立建立SimUIink仿真模型如下图1-3所示，并进行参数设置:图1-3中，SteP模块"阶跃时间”改为 O, Transport Delay模块的"时间延迟”设置为 150,仿真时间改为1000s，如下图1-4所示：图1-3 PID控制参数设置运行仿真，得如下结果:IP回GamlIntegratordu'dlS S□VieW Simulation FOrmat ToOlS C¾ I ∣-CaΛtel50.5 O500IPlD ≠I ≡ •希刊3片令Uy 卜I IlOOo J⅛orΛal 三爭 E Φ I- F 過应®图1-7 PID 子系统Tim& offset. 0(3) PID 子系统的创建首先将参数 Gain 、Gain1、Gain 三个模块的参数进行设置，如下图所示:图1-5 PID 控制运行结果GarnWO O≡ a [^： P 刃盹逼圖0 ■垢G I airl2 Deirivativ®W FUnCtlOn BlaCk PararrleterS- Gain图1-6 PID 参数设置然后建立PID 控制器子系统，如下图1-7所示:TranSier FCn TransportDelaySietLal AttrLbUEiElIerrt-UriSe g ,aiιι (y =, Je-IaIi吕 FUnCtiOn BIoCk Paranneters≡ Gain2Signal Att ributSaJliJJIe tine (-1 for i≡<P a,E ≥τ∣e i t 6r AttElbulesHlenent5⅞jιple txι≡c (-1 fur IeihKnlt ipLicat iαι∏LS EleMrtt -vise (K. *u) Sanple tune Ii-I for inketLtθd) iElenent-Wije g 自丄n (y = .)LAU) _OE j¾⅛tn⅜ ⅛⅛LΠ Jy ± K ÷ α Oru^K}aV⅛ FUnCtiOn Block Parameters ： GainI K⅛LΓi(T)IlU I ltiPIICatiOn5 EIenI l eTSUbSyStem10300s+1出封装编辑器，并进行相应参数设置，如下图1-8、1-9所示,图1-9 PID 子系统封装参数设置tfl MaSk Editor ； SUbSyStemICOn & PortS ParameterS Initialization DOCdrnentatiOn OPtiOnS BIQCk Frame ViSibleIcon TranSParenCy OPaqUe ICOri UnitS AUtOSCaIe ICOn ROtation FiXed POrt ROtatiOn DefaUltkon DraWing COmmandSdisp( PlD Controller')EXamPleS OfdraWing CommandSCOinrD3∩d I lIalr tJLabeI ClabEl ≡peci fi E Por tsj SyntaXPOrtJabel(, oUtPUt l J I J h xy ,)UnmaSkI OK ]3Kel I I HelP ∣ APPly图1-8 PID 子系统封装文本显示¥ MaSlC EditOr: SubsystemKQn & POrH ParameterS InitiaIiZation DOCUmentatiOrl... PromPt Variable TyPe EvaL.. T UIY ., Ta,..1 PID KpIKP edit F 02 3 PID Ti Ti edit +√PtD_TdTdedit »Ell√lDiaICg parameters QPtIOnS for SeIeCtecl Pararneter TyPe-SPeCifiC OPtiOl NO type-specific o ∣GeneriC OPtiOnS In dialog:√l EnabIe ParamShOW Parame lH Dialog callback ：UnmaSk CanCelHelP APPly在对图1-9所示封装变量设置完成后，封装后的PID子系统如下图1-10所示图1-10封装后PID控制仿真模型双击图1-10中的PID子系统，按图1-11作参数设置，即可完成PID参数设置。

实验1 转速反馈控制的直流调速系统仿真一、实验目的1.熟练使用MATLAB 下的SIMULINK 软件进行系统仿真。

2.学会用MATLAB 下的SIMULINK 软件建立转速反馈控制的直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。

二、结构原理图设计图1 调试系统原理图图1为转速负反馈闭环调速系统仿真框图，各环节参数如下：直流电动机：额定电压N U =220V ，额定电流dN I =55A,额定转速N n =1000r/min,电动机电动势系数e C =0.192Vmin/r 。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数s K =44，滞后时间常数s T =0.00167s 。

电枢回路总电阻R=0.1Ω，电枢回路电磁时间常数l T =0.00167s ，电力拖动系统机电时间常数m T =0.075s 。

转速反馈系数α=0.01Vmin/r 。

对应额定转速时的给定电压*n U =10V 。

三、仿真实验1. 搭建simulink 仿真实验图搭建完成如图2所示图2 simulink仿真实验图2.基础实验（1）考虑有反馈和无反馈对转速降落差的影响。

下图图3和图4分别为闭环和开环下的示波器显示图图3 闭环情况下的示波器显示图4 开环情况下的示波器显示结论：转速发生偏差时，有反馈系统能有效的抑制，并跟紧给定值；而没有反馈的系统偏差会越来越大。

（2）计算开环机械特性和闭环静特性。

（ss K K P ττ11+=比例积分环节）系统开环机械特性：ed e n S C RIC U K K n -=*1系统闭环静特性：()()K C RI K C U K K n e de n S +-+=*111（3）讨论P 调节、I 调节、PI 调节对快速性和静差的影响。

以下图5、图6分别是P 调节、I 调节的示波器显示图。

图5 P调节下的示波器显示图6 I调节下的示波器显示图根据3种情况下的对比可得以下结论：1.P调节响应速度快，调节动作敏捷，只能减小但无法消除静差。

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 ）。

汽车运动控制系统仿真设计姓名：学号：912110300325班级：9121102001一、题目介绍针对具体的设计对象进行数学建模，然后运用经典控制理论知识设计控制函数，并应用Matla进行仿真分析。

通过本次仿真设计，建立理论知识与生活中对象之间的联系，加深和巩固所学的控制理论知识。

二、控制对象分析1、控制设计对象简化图2、机构特征汽车运动控制系统如图1所示。

忽略车轮的转动惯量，且假定汽车受到的摩擦阻力大小与运动速度成正比，方向与汽车运动方向相反。

根据牛顿运动定律，该系统的模型表示为：mv +bv=uy=v（1）其中，u为汽车驱动力（系统输入），m为汽车质量，b为摩擦阻力与运动速度之间的比例系数，v为汽车速度（系统输出），v为汽车加速度。

3、对系统的参数进行如下设定：汽车质量m=1200kg比例系数b=60 N·s/m汽车的驱动力u=600 N。

三、题目要求分析当汽车的驱动力为600N时，汽车将在5秒内达到10m/s的最大速度。

由于该系统为简单的运动控制系统，因此将系统设计成10％的最大超调量和2％的稳态误差。

这样，该汽车运动控制系统的性能指标设定为：上升时间：<5s；最大超调量：<10％；稳态误差：<2％。

所以，写出控制系统的数学模型：为了得到控制系统传递函数，对式（1）进行拉普拉斯变换，假定系数的初始条件为零，则动态系统的拉普拉斯变换为既然系统输出是汽车的速度，用Y（s）替代v（s），得到msV s+bV s=u(s)Y s=V(s)（2）由于系统输出是汽车的运动速度，用Y(S)替代V(s)，得到：msY s+bY s=U(s)（3）该控制系统汽车运动控制系统模型的传递函数为：Y(s) U(s)=1ms+b（4）由此，建立了系统模型。

四、系统模型的仿真根据我们建立的数学模型，求系统的开环阶跃响应由汽车质量m=1200kg，比例系数b=60 N·s/m，汽车的驱动力u=600 N。

运动控制系统实验讲义实验一不可逆单闭环直流调速系统一．实验目的1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。

2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。

3．学习反馈控制系统的调试技术。

二．实验内容1．系统开环工作机械特性。

2．转速负反馈有静差系统工作静特性。

3．转速调节器ASR输出限幅调节。

4．转速反馈信号强度整定及极性判别。

三．实验线路及原理实验线路参见图6-3.2。

四．实验设备及仪器1．MCL—Ⅲ教学实验台主控制屏2．MCL—32T组件3．MCL—31组件4．MCL—33组件5．可调电阻器900Ω/0.4A×26．电机导轨及测速发电机7．直流电动机M038．直流发电机M01 9．双踪示波器 10．万用表五．实验方法1．按图接线，触发电路检查及调试（主电路电源未通电）依次打开实验台主控制屏上的自动开关、中央锁控开关、低压直流开关、激磁电源开关，有正常的电压LED 指示。

参见第四章实验七：（1）同步电源相序、触发电路脉冲检查。

（2）如图6-3.1所示,调节脉冲初始相位α=90°。

2．系统开环工作机械特性。

（1） G （给定）输出直接加至相移控制电压U ct 端。

给定电位器RP1左旋到底，使U ct =0。

电机空载。

（2）合上主电路电源，逐渐调节给定电压U g ，使电机空载转速n 0=1500转/分，调节发电机负载电阻R d ，在空载至额定负载的范围内(0.8A)测取7～8点，读取电机电枢电流I d 以及对应转速n 。

求取系统开环工作机械特性曲线（3）在电机额定状态下（同时满足n=1500 r/min 、I d =0.8 A ），调节FBS 的RP 电位器使转速反馈输出为+5V ，同时，用万用表测取给定电压输出作为U gmax 。

3．转速负反馈有静差系统工作静特性（1）断开主回路电源，ASR的输入“1”端与FBS转速反馈的输出“3”端相连(另外注意转速反馈输出“4”端与给定单元共地)，输入“2”端与G （给定）的输出U g端相连，输出“3”端与相移控制电压U ct端相连，“4”端与DZS零速封锁的输出“3”端相连，短接ASR的“5”与“6”端，构成比例调节器。

Simulink中传递函数的建立实验一Matlab和实验目的一．中建立系统传递函数的方法。

Matlab 1.掌握在中建立系统的传递函数及结构图的方法。

2.掌握在Simulink二．实验设备及仪器软件计算机、Matlab三．实验内容推出的一个科技应用软件，已经发展成为一个适用于多学科MathworksMatlab是由美国在本课程的实验中主要使用该软件的控制系统工它涉及领域广泛，多工作平台的大型软件。

设计提供的结构Matlab具箱，以加深对控制理论及其应用的理解。

Simulink是该公司专门为使该仿真环境下的用户程序其外观就是系统的结构图，图编程与系统仿真的专用软件工具，得系统仿真变得简便直观。

1.Matlab 中建立系统传递函数命工作空间窗口可以显示Matlab中的各个变量。

Matlab启动后的用户界面如图1-1所示，令窗口可以输入各种命令，这也是输入系统传递函数的窗口。

Matlab启动界面图1-1（1）. Matlab中求解微分方程个方12)，该函数最多可同时求解21”, “方程”,…dsolve(求解微分方程所用的命令为“方程2yd在接变量名，例如：代表D2y。

表示，程。

方程中的各阶导数项以大写的D后面跟阶数，2dxdc(0)?00c(0)?Matlab1例：在，中求解下列微分方程，变量初始值为t 12dccd2?2?c?22dtdt)t?2*cos(y??2，通过解：在命令窗口中键入命令如图1-2所示。

可见方程的解所示。

ezplot命令可以绘制该微分方程解的曲线如图1-3Matlab中输入微分方程图1-2ezplot命令绘制图形图1-3，zpk。

. Matlab中输入传递函数常用的命令有：tf，printsys（2）可以输入多项式形式的传递函数，首先根据传递函数写出分子多项式，prinfsys 命令tf numnum denden或令tf(,)系数向量。

然后输入命项的数系向量，分母多式的）即可得到传递函数。