洛阳理工学院运动控制系统课程设计MT法测速

《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题2-2调速系统的调速范围是1000~100r/min ，要求静差率s=2%，那么系统允许的稳态速降是多少？解：系统允许的稳态速降)min (04.2)02.01(10002.0)1(min r s sn n N =−×=−=∆2-5某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。

已知直流电动机kW P N 60=，V U N 220=，A I N 305=，min 1000r n N =，主电路总电阻Ω=18.0R ，r V C e min 2.0•=，求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ∆为多少？（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N s 多少？（3）额定负载下的转速降落N n ∆为多少，才能满足%5,20≤=s D 的要求。

解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落)min (5.2742.018.0305r C R I n e N N =×==∆（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率%5.21215.05.27410005.274=≈+=∆+∆=N N N N n n n s （3）额定负载下满足%5,20≤=s D 要求的转速降落)min (63.2)05.01(2005.01000)1(r s D s n n N N ≈−××=−=∆2-6有一晶闸管稳压电源，其稳态结构如图所示，已知给定电压,8.8*V U u =比例调节放大系数,2=p K 晶闸管装置放大系数,15=s K 反馈系数7.0=γ。

求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环时的多少倍？（3）若把反馈系数减至5.30=γ，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？解：（1）输出电压)V (128.87.015211521*=×××+×=+=u s p sp d U K K K K U γ；（2）若把反馈线断开，)V (2648.8152*=××==u s p d U K K U ；开环时的输出电压是闭环时的2212264=倍。

运动控制系统综合课程设计报告学院/班级：指导老师：成员：主题：转速电流双闭环调速系统的工程设计202 年月日一、设计目的二、设计方案三、MATLAB电路设计四、测试结果与分析一、设计目的1 应用交、直流调速系统的基本知识,结合实际生产，确定系统的性能指标,进行运动控制系统设计。

2 应用计算机仿真,通过MATLAB建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真,掌握系统参数对系统性能的影响。

二、设计方案1. 主电路选用晶闸管整流电路,控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。

电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器,构成了电流环和转速环,电流环通过电流元件的反馈作用稳定电流,转速环通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定,最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。

两组晶闸管相互配合实现电动机的可逆运行，提高了系统的快速制动和反向运行能力。

系统设计总体框图2.因为在起动期间需要保持电枢电流恒定不变；在稳定运行期间需要保持电机的转速恒定不变，所以需要构造电流环和转速环两个反馈环节。

电流环在里面转速环在外面。

起动过程结束时，实现电枢电流自动与负载电流相平衡，速度调节器选用PI调节器，其输出就能满足起动期间的要求，系统是稳定系统，速度调节器的输出能满足起动结束的要求。

①电流环起动时维持最大电流不变，解决了最短时间起动的问题；②转速环在外面解决了系统起动结束后的抗干扰问题；③如果系统是一个稳定性系统，那么速度调节器的输出能自动与电流反馈相平衡。

MATLAB仿真静特性图当控制系统接到停车命令后，转速给定会立即变零。

但转速反馈信号不能立即发生，造成速度调节器的输入偏差信号立即等于转速反馈信号，导致ASR的输出立即达到反向饱和状态。

由于ACR的给定信号和反馈信号此时的极性相同，又导致ACR产生反向饱和。

由于电感上的电流不能发生突变,所以尽管反组桥触发角在整流区但外部条件还没有满足，因此处于待整流状态。

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。

习题解答（供参考）习题二系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02(100.98) 2.04(1)nn s n rpm D s ∆==⨯⨯=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。

某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ∆=，且在不同转速下额定速降 不变， 统允许的静差率是多少？解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下）max 0max 1500151485N n n n =-∆=-=min 0min 15015135Nn n n =-∆=-=max min148513511D n n ===2) 静差率 01515010%N s n n =∆==直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=Ω。

相控整流器内阻Rrec=Ω。

采用降压调速。

当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。

如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？ 解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-⨯= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ∆==⨯+=[(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1ND n S n s =∆-=⨯⨯-=[(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33ND n S n s =∆-=⨯⨯-=某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。

已知直流电动机，主电路总电阻R=Ω,Ce=•min/r,求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ∆为多少？（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？（3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落Nn ∆又为多少?解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R r ∆=⨯=⨯= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =∆=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ∆=-=⨯⨯=有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压*8.8u U V =、比例调节器放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=。

《运动控制系统》课程设计报告时间 2014.10_学院自动化_专业班级自1103 _姓名曹俊博 __学号 41151093指导教师潘月斗___成绩_______摘要本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR 和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静2021.03.09差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。

并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。

关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真AbstractThis course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation.2021.03.09 欧阳法创编2021.03.09Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation2021.03.09 欧阳法创编2021.03.09目录摘要0Abstract1引言11 实验内容12实验设备13 实验设计原理13.1 V-M系统原理13.2 三相桥式整流电路23.3 保护电路部分23.4 直流电源电路43.5 VT触发电路53.6 ASR控制电路53.7 ACR控制电路73.7 电流检测电路83.7 转速检测电路94 系统工作原理95 调节器参数的计算过程105.1 参数以及设计要求105.2 相关参数计算115.3 电流环设计125.4 转速环设计146 Matlab仿真196.1 启动过程仿真192021.03.09 欧阳法创编2021.03.097心得体会 (19)参考文献21附录221 主电路原理图222 仿真模型图223启动波形图232021.03.09 欧阳法创编2021.03.09引言《运动控制系统》课程设计需综合运用所学知识针对一个较为具体的控制对象或过程进行系统设计、硬件选型。

测速系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解测速系统的基本原理，掌握速度的计算公式。

2. 学生能够识别并描述不同类型的测速仪器，了解其工作原理及应用场景。

3. 学生能够掌握物理中速度、加速度等基本概念，并运用相关知识解决实际问题。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的测速实验，并正确操作仪器进行数据采集。

2. 学生能够运用数据处理软件，对测速数据进行处理和分析，得出准确的结果。

3. 学生能够通过小组合作，共同探讨测速问题，提高沟通与协作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能够对物理学产生兴趣，认识到科学知识在实际生活中的重要性。

2. 学生能够培养勇于探究、积极思考的科学精神，形成良好的学习习惯。

3. 学生能够关注交通安全，提高遵守交通规则的意识，树立正确的价值观。

本课程针对中学生设计，结合学生好奇心强、求知欲旺盛的特点，以实际生活中的测速问题为切入点，激发学生的学习兴趣。

课程注重理论与实践相结合，通过实验、数据处理和小组讨论等形式，提高学生的动手操作能力和团队合作能力。

课程目标旨在培养学生掌握测速相关知识，提高科学素养，同时关注交通安全，树立正确的价值观。

为实现课程目标，后续教学设计和评估将围绕具体学习成果展开。

二、教学内容1. 测速系统的基本原理- 速度、加速度的定义与计算公式- 速度与加速度的关系2. 常见测速仪器的认识- 轮速传感器- 雷达测速仪- 激光测速仪- GPS测速仪3. 测速实验与数据处理- 实验设计：设计简单的测速实验，如小车加速直线运动测速- 数据采集：使用轮速传感器等仪器收集数据- 数据处理：运用Excel等软件进行数据处理，计算速度、加速度等4. 实际应用与案例分析- 交通测速：介绍交通测速仪器的应用场景，分析实际案例- 运动测速：如体育比赛中速度测量，了解运动速度分析5. 小组讨论与展示- 分组讨论：针对测速问题进行小组讨论，分析不同测速方法的优缺点- 展示成果：各小组展示实验过程和结论，交流学习心得教学内容根据课程目标进行选择和组织，注重科学性和系统性。

运动控制系统试卷A答案（最新整理）《运动控制系统》课程试卷（A 卷）答案第1篇直流调速系统（60分）⼀、填空题（每空1分，共23分）1. 运动控制系统由电动机、功率放⼤与变换装置、控制器及相应的传感器等构成。

2. 转矩控制是运动控制的根本问题，磁链控制与转矩控制同样重要。

3. ⽣产机械常见的三种负载是恒转矩负载、恒功率负载和平⽅率负载。

4. 某直流调速系统电动机额定转速，额定速降，1430/min N n r =115/min N n r ?=当要求静差率时，允许的调速范围为5.3，若当要求静差率时，30%s ≤20%s ≤则调速范围为3.1，如果希望调速范围达到10，所能满⾜的静差率是44.6%。

5. 数字测速中，T 法测速适⽤于低速，M 法测速适⽤于⾼速。

6. ⽣产机械对调速系统转速控制的要求有调速、稳速和加减速三个⽅⾯。

7、直流电机调速的三种⽅法是：调压调速、串电阻调速和弱磁调速。

8、双闭环直流调速系统的起动过程分为电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节三个阶段。

9. 单闭环⽐例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的⾃动调节作⽤，在于它能随着负载的变化⽽相应的改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化。

⼆、选择题（每题1分，共5分）1、双闭环直流调速系统，ASR 、ACR 均采⽤PI 调节器，其中ACR 所起的作⽤为（D ）。

A 、实现转速⽆静差B 、对负载变化起抗扰作⽤C 、输出限幅值决定电动机允许的最⼤电流D 、对电⽹电压波动起及时抗扰作⽤2、典型I 型系统与典型II 型系统相⽐，（ C ）。

A 、前者跟随性能和抗扰性能均优于后者B 、前者跟随性能和抗扰性能不如后者C 、前者跟随性能好，抗扰性能差D 、前者跟随性能差，抗扰性能好3、转速单闭环调速系统对下列哪些扰动⽆克服能⼒，（ D ）。

A 、电枢电阻B 、负载转矩C 、电⽹电压D 、速度反馈电位器4、下述调节器能消除被控制量稳态误差的为（ C ）。

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 ）。

摘要在控制领域中,经常需要进行各种角度、位移量的测量。

当前，世界上正面临着一场新的技术革命，这场革命的重要基础之一就是测量技术。

测量技术的发展给人类社会和国民经济的各个部门及各个领域带来了巨大的、广泛的、深刻的变化，带动着传统工业和其他新兴产业的更新和变革，是当今人类社会发展的强大动力。

本设计为码盘转速测量系统，用来测量来自外部的不同的转速值。

实现转速的实时测量，显示。

具体应用AT89C51单片机为核心，旋转编码器实时轴转速测量，同时用LCD显示模块显示。

本文从转速测量原理入手，详细阐述了转速测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。

本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。

关键词：转速测量，旋转编码器，单片机，LCD显示模块AbstractIn the control field, a variety of angles and displacement measurements often need to be carried out. At present, the world is facing a new technological revolution; one of the most important bases of the revolution is measurement. The development of measurement technology brings extensive，tremendous and profound changes to human society and all sectors of the national economy, changes the traditional industries and other emerging industries, becomes today's strongest driving force for development of human society .The encoder speed measurement system is designed to measure a different speed from the outside values，to achieve real-time speed measurement and display. Specific application use AT80C51 microcontroller as its core, rotary encoder measures real-time shaft speed, in both 8 serial Segment type LCD display module display. In this paper, detailed working process of speed measurement system is started with principle of speed measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject required functionality.Key words:rotational speed measurement, rotary encoder, microcontroller, LCD display module目录前言 (1)第1章总体设计 (2)1.1转速测量系统的方法 (2)1.1.1 测频法“M法” (2)1.1.2 测周期法“T法” (3)1.1.3 测频测周法“M/T法” (4)1.1.4 转速测量系统中应用的方法 (5)1.2转速测量系统的总体框图 (5)第2章硬件设计 (6)2.1 旋转编码器 (6)2.1.1 增量式编码器 (6)2.1.2 绝对值编码器 (6)2.2 最小系统的设计 (7)2.2.1复位电路 (7)2.2.2 晶振电路 (7)2.3 1602简介 (8)2.3.1 1602的控制原理 (8)2.3.2 1602的基本的读写时序图 (9)第3章软件设计 (11)3.1 主程序初始化 (11)3.2序流程 (11)3.3中断程序流程图 (13)第4章结果仿真 (14)结论 (15)辞谢 (16)主要参考文献 (17)附录 (18)前言在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。

其频谱为0至8的连续函数，最高频率九^理论上为无穷大。

因此，难以直接用采样定理来确定系统的采样频率。

在一般情况卞，可以令采样周期T xam几山为控制对象的最小时间常数。

(4 ~ 10)3.1.3微机数字控制系统的输入与输出变量可以是模拟量，也可以是数字量。

1.系统给定系统给定有两种方式：模拟给定和数字给定。

2.状态检测系统运行中的实际状态量，例如转速、电压和电流等，在闭坏控制时，应该反馈给微机，因此必须首先检测出来。

转速检测：模拟和数字两种检测方法，包含了转速的大小和方向。

电流和电压检测：电流和电压检测除了用来构成相应的反馈控制外，还是各种保护和故障诊断信息的来源。

极性转换：由于多数AQ转换电路只是单极性的，必须将双极性的电压信号转换为单极性电压信号，经A/D转换后得到以偏移码表示的数字量送入微机。

但偏移码不能直接参与运算，必须用软件将偏移码变换为原码或补码，然后进行闭环控制。

3.输出变量用开关量直接控制功率器件的通断，也可以用经D/A转换得到的模拟量去控制功率变换器。

随着电机控制专用单片微机的产生，前者逐渐成为主流。

3.2微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件微机数字控制的双闭坏直流调速系统结构图，图3-3。

3.2.1微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件结构微机数字控制双闭环直流P'VM 调速系统硬件结构，图3-4o1. 主回路三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源，再经过直流 PWM 变换器得到可调的直流电压，给直流电动机供电。

2. 检测回路检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，其中电压、电流和温度检测 由A/D 转换通道变为数字量送入微机，转速检测用数字测速。

3. 故障综合对电压、电流、温度等信号进行分析比较，若发生故障立即通知微机，以 便及时处理，避免故障进一步扩大。

4. 数字控制器专为电机控制设计的Intel 8X196MC 系列或TMS320X240系列单片微机， 本身都带有AQ 转换器、通用DO 和通信接II,还带有一般微机并不具备的故 障保护、数字测速和PWM 生成功能。