運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程仿真課程設(shè)計(jì)

1、目錄一、課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)概述01.1課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目參數(shù)01.2課程設(shè)計(jì)要求：11. 3課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)11.4. 穩(wěn)態(tài)分析及參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算21. 4. 1靜態(tài)參數(shù)計(jì)算21.4.2.動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算31.4. 3穩(wěn)定性分析41. 4. 4系統(tǒng)校正 41.4.5.控制結(jié)構(gòu)圖4二、MATLAB仿真設(shè)計(jì) 6三、總結(jié)10四、參考文獻(xiàn)10一、課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)概述11課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目參數(shù)1）電動(dòng)機(jī)：額是數(shù)據(jù)為 PN=10kW, UN=220v, IN=52A, nN=1460r/min,電樞電阻 RS二0.5Q,11飛輪力矩GD=10N. m%2）晶閘管裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器Y/Y聯(lián)結(jié)，二次線電壓Uci=230

2、v,觸發(fā) 整流環(huán)節(jié)的放大系數(shù)Ks=40.3）V-M系統(tǒng)主電路總電阻R二1 Q。4）測(cè)速發(fā)電機(jī):永磁式，ZYS231/110型：額定數(shù)據(jù)為23. lw, 110v, 0. ISA, 1800r/mino5）系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，調(diào)速指標(biāo)D二10, s5%6）電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)：要求加入合適的電流截止負(fù)反饋環(huán)卩，使電動(dòng)機(jī)的最大電流限制 （1.5-2） Ixo （選座）1. 2課程設(shè)計(jì)要求：（1）根據(jù)題目要求，分析論證確左系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖；（2）對(duì)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析及參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算；（3）繪制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：（4）動(dòng)態(tài)穩(wěn)泄性判斷，校正，選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器并進(jìn)行設(shè)計(jì)

3、：（5）繪制校正后系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖；（6）應(yīng)用MATLAB軟件對(duì)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器是否符合 設(shè)計(jì)要求：（7）加入電流截I匕負(fù)反饋環(huán)節(jié)：（選做）（8）應(yīng)用MATLAB軟件對(duì)帶電流截至負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真，完善系統(tǒng):1. 3課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)（1）系統(tǒng)組成原理框圖根據(jù)設(shè)汁要求，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)為單閉環(huán)直流凋速系統(tǒng)，選定轉(zhuǎn)速為反饋量，用變電壓調(diào) 廿方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的無(wú)極調(diào)速。所以設(shè)計(jì)原理圖如下：1112圖2-1小閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速用與電動(dòng)機(jī)同軸相連的測(cè)速電機(jī)產(chǎn)生的正比于轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)反饋到輸入端，再 與給世值比較，經(jīng)放大環(huán)節(jié)產(chǎn)生控制電壓，再通過(guò)

4、電力電子變化器來(lái)調(diào)肖電機(jī)回路電流，達(dá) 到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。1. 4.穩(wěn)態(tài)分析及參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算1. 4. 1靜態(tài)參數(shù)計(jì)算(1)空載到額左負(fù)載的速降A(chǔ)nz山弧二骷可得:AnM KCeKsa=14.33Kp取15代入原式的K=52. 281. 4. 2.動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算(1)主電路電感值L當(dāng)主回路電流為額怎值10%時(shí)，電流仍連續(xù)。L= 0.693dmin230/砂麗曇TO!(2)電磁時(shí)間常數(shù)0.0171=0.017s機(jī)電時(shí)間常數(shù)GD2R10x 1 375CeCm -裁- 0.158s375 x 0.1329X 晉x 0.1329由以上時(shí)間常數(shù)可得系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:11w52.28%二(0.00167s +

5、 l)(0.002686s2 + 0.158s 4-1)1. 4. 3穩(wěn)定性分析判穩(wěn)條件:十 TJ 十 T$2T.TS0.158(0.017+ 0.00167)+ 0.0016720.017x 0.00167= 104又K取值為52. 28所以系統(tǒng)穩(wěn)立匚1. 4. 4系統(tǒng)校正使用pi調(diào)節(jié)器校正為典型一型系統(tǒng):典型一型系統(tǒng)：% = s(Ts + 1)用PI調(diào)節(jié)器校正時(shí)，設(shè)調(diào)節(jié)器函數(shù):KpCrs + l)令r=002其他兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)等效為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)：1/( (0. 00167s+l) (0. 14s+l)=l/(0. 14167s+l)則 T二0.14167, a5%t KT二0.5, K二3

6、.5,Kp二0 023T i= T /Kp二0 8714. 5.控制結(jié)構(gòu)圖單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:11圖2-2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖放大環(huán)右可以看成純比例環(huán)節(jié)，按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例 調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)卩,減少誤差，但是過(guò)大 的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)左性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。電力電子變換環(huán)肖是一個(gè)時(shí)間常 數(shù)很小的滯后環(huán)節(jié)，這里把它看做一階慣性環(huán)節(jié)，額定勵(lì)磁下的直流電機(jī)是一個(gè)二階線性環(huán)節(jié)。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)圖如下圖所示。圖2-3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖11二、MATLAB仿真設(shè)計(jì)圖2-1純比例調(diào)節(jié)的仿真模型圖2-2理想

7、轉(zhuǎn)速波形圖2-3電樞電流波形11由上圖可知雖然轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)泄，但超凋量比較大。所以應(yīng)加入比例積分調(diào)節(jié)。PI調(diào) 節(jié)器是一種線性控制器，它根據(jù)給泄值與實(shí)際輸岀值構(gòu)成控制偏差，將偏差的比例(P)和 積分(I)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制雖:，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。在SIMULINK中建立加入PI調(diào) 節(jié)器的轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型如下圖所示：圖2-1加入PI調(diào)節(jié)湍的轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型將訃算好的參數(shù)輸入到相應(yīng)的模塊中點(diǎn)擊仿真按鈕并雙擊Scope模塊就可以顯示仿頁(yè)結(jié) 果，轉(zhuǎn)速波形和電樞電流波形如下圖所示：圖2-5轉(zhuǎn)速仿真波形11圖2-6靜差率（轉(zhuǎn)速變化率）是指電動(dòng)機(jī)在一泄轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載變到額左值時(shí)所 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落與

8、理想空載轉(zhuǎn)速之比值。應(yīng)該以最小的空載速率為準(zhǔn)。這樣的靜差率才是有 效的，其又稱相對(duì)穩(wěn)左性，用來(lái)表示負(fù)載變化時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的程度，它與機(jī)械特性硬 度有關(guān)，該數(shù)值越小，說(shuō)明電機(jī)穩(wěn)定性越好。根據(jù)波形可計(jì)算得。二毛護(hù)二4% V 5%符合設(shè)汁要求 電樞電流波形如下圖所示:圖2-7電樞電流波形11對(duì)電樞電流施加擾動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:圖2-8 施加擾動(dòng)后轉(zhuǎn)速波形如圖2-9所示：圖2-9施加擾動(dòng)后的轉(zhuǎn)速波形施加擾動(dòng)電流波形如圖2-10所示:圖2-10施加擾動(dòng)后的電流波形11由仿真波形分析可知，PI調(diào)節(jié)器通過(guò)比例環(huán)肯反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn) 生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。枳分環(huán)節(jié)主要用

9、于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差 度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之越強(qiáng)。因而對(duì)電流擾動(dòng)具 有抑制作用?？偨Y(jié)通過(guò)這次課程設(shè)il，讓我更進(jìn)一步了解了運(yùn)動(dòng)控制原理這門課程的重要性，讓我學(xué)習(xí)到 了更多新的知識(shí)，比如Mat lab的使用：或者復(fù)習(xí)了之前已經(jīng)掌握的，但又重新復(fù)習(xí)的新的 知識(shí)，比如自動(dòng)控制原理。在這次親身實(shí)踐中，更加鍛煉了我的學(xué)習(xí)鉆研能力和克服困難的 能力。本設(shè)汁為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，首先介紹了直流電機(jī)的調(diào)速和發(fā)展：其次介紹了直流 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指標(biāo)和特性；再次介紹了轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流電機(jī)的調(diào)速：最后,運(yùn)用MATLAB進(jìn) 行了仿宜和調(diào)試。通過(guò)仿貞和調(diào)試使系統(tǒng)最終達(dá)到穩(wěn)左狀態(tài)。當(dāng)然，系統(tǒng)還存在一左的不足, 由于用到的是單閉環(huán)控制，所以在調(diào)速的過(guò)程中，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能還不盡如意，在一泄的調(diào) 速范圍內(nèi)能滿足要求，而在一些要求比較髙的系統(tǒng)中，就很難實(shí)現(xiàn)，此時(shí)就應(yīng)該采用雙閉環(huán) 控制。最后，感謝呂庭老師的辛勤教學(xué)和周用同學(xué)的熱情幫助，不然我也不能收獲到如此多 的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)11李建興.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.2 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.3 吳俐君.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)M.