自動化專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)1報(bào)告

安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院自動化專業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)踐內(nèi)容：綜合實(shí)驗(yàn)1姓名：***班級:自動化學(xué)號:**********指導(dǎo)老師:***、***、***2013年6月實(shí)驗(yàn)報(bào)告—自動化專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)1PAGE19目錄matlab－電機(jī)控制綜合仿真實(shí)驗(yàn)一任務(wù)一：利用Simpowersystem里面自帶的DC電機(jī)模塊，完成他勵直流電機(jī)單閉環(huán)調(diào)速仿真，速度調(diào)節(jié)用PI控制方法，要求封裝PI模塊，給定速度100rad/s，負(fù)載由空載到1s時跳變到20N。調(diào)節(jié)不同的PI參數(shù)，觀察仿真結(jié)果總結(jié)速度波形、轉(zhuǎn)矩波形的變化規(guī)律（PI參數(shù)和超調(diào)量、穩(wěn)定時間、穩(wěn)態(tài)誤差、振蕩次數(shù)）。另外要求將scope圖中的4條曲線參數(shù)導(dǎo)出到工作空間，并用subplot和plot函數(shù)畫在同一個窗口中，每個子圖加上對應(yīng)的標(biāo)題。寫報(bào)告時必須包含仿真模型圖和繪制的曲線圖。二.實(shí)驗(yàn)步驟：1.在matlab7.1中新建model文本并打開simulink依次找到所需的模塊拖到model文本中。2.將各模塊按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行連接，并修改相應(yīng)的參數(shù)和元件內(nèi)容。3.封裝pi控制器子系統(tǒng)，按下圖搭建pi控制器并創(chuàng)建子系統(tǒng)，然后封裝在更改kp，ki的值。（如下圖所示）圖11PI子系統(tǒng)kp,ki賦初值4.封裝‘電機(jī)’控制器子系統(tǒng)。。5。將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到workspace中，在simlink中找到ToWorkspace將示波器及反饋數(shù)據(jù)導(dǎo)出到工作空間并在model文本中運(yùn)行，通過示波器觀察相應(yīng)的波形。三.實(shí)驗(yàn)電路圖：圖12實(shí)驗(yàn)的電路圖電機(jī)相關(guān)參數(shù)如下：圖13電機(jī)相關(guān)參數(shù)圖仿真電路圖運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：圖14運(yùn)行結(jié)果圖（示波器圖形）、matlab－電機(jī)控制綜合仿真實(shí)驗(yàn)二任務(wù)二：利用Simulink基本模塊搭建他勵直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)子模塊，根據(jù)以下電機(jī)數(shù)學(xué)模型搭建電磁轉(zhuǎn)矩公式：動力學(xué)平衡方程：電機(jī)模塊要求封裝，參數(shù)，，，，恒定負(fù)載Tl=20N點(diǎn)擊封裝模塊時輸入。PI控制模塊要求封裝，調(diào)節(jié)不同的PI參數(shù)，得到不同的速度波形。寫報(bào)告時，要給出仿真模型和不同PI參數(shù)的速度波形。找到較理想的PI參數(shù)，為下個任務(wù)做準(zhǔn)備。二.實(shí)驗(yàn)步驟：1.在matlab7.1中新建model文件并在simulink中找到相應(yīng)的模塊拖到model文件中。2.搭建電機(jī)DCmotor模塊，按照任務(wù)所給的方程搭建電路如下：圖21電機(jī)封裝子系統(tǒng)圖3.修改pi控制器的參數(shù)，然后調(diào)試成功后在simulink中找到ToWorkspace將示波器將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到工作空間。注意將ToWorkspace中saveformat改為array以便于可以導(dǎo)出到工作空間。（如下圖所示）圖22PI子系統(tǒng)kp,ki賦初值4.調(diào)試運(yùn)行，觀察示波器的圖像，直到找到最好的狀態(tài)。5.電機(jī)子系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（如下圖所示）：圖23電機(jī)子系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置三.實(shí)驗(yàn)電路圖：圖24實(shí)驗(yàn)電路圖四.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖（仿真電路示波器圖形）：圖25仿真電路示波器圖形matlab－電機(jī)控制綜合仿真實(shí)驗(yàn)三任務(wù)三：修改任務(wù)二的模型，使其PI控制參數(shù)來自外部變量設(shè)定，將速度偏差的仿真結(jié)果導(dǎo)出到工作空間（toworkspace），用m文件編寫一段循環(huán)程序調(diào)用任務(wù)二的仿真模型（調(diào)用函數(shù)為sim，使用方法sim(‘*.mdl’，T)，T為仿真時間），仿真時間設(shè)為3s。在m文件中實(shí)現(xiàn)對PI參數(shù)的調(diào)整，處理數(shù)據(jù)，得到滿意的控制參數(shù)，繪制仿真結(jié)果曲線圖。M文件中包含：設(shè)定PI參數(shù)――調(diào)用仿真模型――速度偏差的最大值不超過105在2s后小于某個設(shè)定值0.001，――不滿足，則修改PI參數(shù)（用循環(huán)的方式修改，Kp在0.5左右變化，Ki在3左右變化）……最后用plot畫出速度和轉(zhuǎn)矩波形，用subplot將兩個圖畫在一個窗口。求數(shù)組長度函數(shù)length()，最大值函數(shù)max()，subplot，plot實(shí)驗(yàn)步驟：.打開matlab7.1軟件，找到并打開上次實(shí)驗(yàn)的model文件根據(jù)這次的實(shí)驗(yàn)要求需要修改pi控制器，按照下圖修改（所需的模塊在simulink中找到，然后將pi控制器做成子系統(tǒng)并修改輸入輸出的名稱）：圖31PI控制器子系統(tǒng)2.搭建電機(jī)DCmotor模塊，按照任務(wù)所給的方程搭建電路如下：圖32電機(jī)封裝子系統(tǒng)圖3.電機(jī)子系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（如下圖所示）：圖33電機(jī)子系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置4.將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)到出到workspace，在simulink中找到ToWorkspace，修改ToWorkspace屬性saveformat全部改為array，并重新命名。用m文件對PI參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在file中找到新建m文件然后輸入以下程序(并用plot畫圖)：程序如下所示：clearclcclfsum=0esp=0.01forkp=0.2:0.1:0.8forki=2:10sim('untitled.mdl',3)n=length(err)ave=mean(err(n-99:n))ifave<espbreakendendendsubplot(211);plot(t,w,'r'),title('zhuansu')subplot(212);plot(t,te,'b'),title('zhuanju')運(yùn)行程序，結(jié)果見圖36轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形圖實(shí)驗(yàn)電路圖：圖34實(shí)驗(yàn)電路圖二：實(shí)驗(yàn)仿真電路中示波器圖形：圖35仿真電路中示波器圖形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖（運(yùn)行程序后的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形圖）：圖36轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形圖matlab－電機(jī)控制綜合仿真實(shí)驗(yàn)四任務(wù)四：異步電機(jī)調(diào)速方法仿真從Help－Demos－SimPowerSystems－GeneralDemos中調(diào)出ACMotorDrive-VectorControl(discrete)（power_acdrive.mdl）和AsynchronousMachine（power_pwm.mdl），運(yùn)行看看結(jié)果，并找到相應(yīng)的模塊在哪，并試著自己建立同樣的模型；改變控制器參數(shù)，得出不同的結(jié)果，并分析不同參數(shù)對跟蹤結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)步驟：打開matlab7.1軟件按照實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求依次找到相應(yīng)的模塊（如下圖所示），并找出三相異步電機(jī)矢量控制仿真系統(tǒng)的相應(yīng)的模塊，在matlab7.1軟件中新建一個model文件根據(jù)ACMotorDrive-VectorControl(discrete)（power_acdrive.mdl）和AsynchronousMachine（power_pwm.mdl）所給的電路圖建立兩個完全相同的ACMotorDrive-VectorControl(discrete)（power_acdrive.mdl）和AsynchronousMachine（power_pwm.mdl）系統(tǒng)。圖41AC圖42AsynchronousMachine（power_pwm.mdl）Protel－綜合仿真實(shí)驗(yàn)一任務(wù)一：繪制一個簡單的原理圖新建一原理圖文件（file－new－schematicdocument），加載miscellaneousdevices.ddb庫文件，將所有需要的元件place到原理圖中，排列元件，用導(dǎo)線連接（連線前，用菜單tools－pereferences－schematic將options選項(xiàng)卡中Auto-junction打鉤，這樣在“T”型交叉處就會自動產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)，但十字交叉處仍然需要手動添加），添加節(jié)點(diǎn)，元件編號等等，完成原理圖繪制。二,實(shí)驗(yàn)步驟：打開protell99軟件，新建原理圖文件按照file－new－schematicdocument建立，然后給文件命名并保存。加載是按所需的庫文件miscellaneousdevices.ddb在tools工具選項(xiàng)里找到添加庫文件并找到所需的庫文件進(jìn)行添加。放置元器件，在庫文件里找到實(shí)驗(yàn)要求中相應(yīng)的元器件place到原理圖中，添加完所有的元器件后按適當(dāng)?shù)奈恢门帕泻糜茫磳?dǎo)線）連接元器件。封裝所有元器件，選中元器件右擊在footprint里填寫封裝內(nèi)容。封裝內(nèi)容如下所示：編號封裝元件庫名R1、R2、R3、R4、R5AXIAL0.4RES2RwVR3POT2AR1、AR2DIP6OPAMPD1、D2DIODE0.4DIODETUNNELC1005CAP三，實(shí)驗(yàn)繪制的原理圖：圖11實(shí)驗(yàn)繪制的原理圖Protel－綜合仿真實(shí)驗(yàn)二任務(wù)二：新建原理圖庫文件（file－new－schematiclibrarydocument），繪制兩個元件（NPN三極管和JK觸發(fā)器）二,實(shí)驗(yàn)步驟：打開實(shí)驗(yàn)軟件protell99,新建原理圖庫文件按照file－new－schematiclibrarydocument順序建立新的庫文件，然后給文件命名并保存。繪制原件圖：實(shí)驗(yàn)要求繪制NPN,和JK觸發(fā)器的原件圖。先繪制NPN原件圖用繪圖工具欄的畫弧畫一個圓，然后用線畫豎線和斜線雙擊后可以調(diào)節(jié)線的粗細(xì)粗一些。畫三角行時用多邊形繪制命令繪制再更改填充顏色，繪制三條引腳時應(yīng)該使用軟件里的，放置引腳注意引腳的方向調(diào)整方向可以用鼠標(biāo)左擊不放同時按空格鍵進(jìn)行方向的改變。繪制JK觸發(fā)器選擇添加新原件彈出新的繪圖窗口，目的是將繪制的JK和NPN原件放在同一個庫里。然后用畫圖工具畫JK觸發(fā)器并在屬性里修改名稱。三,實(shí)驗(yàn)繪制的原件圖：NPNJK觸發(fā)器圖21NPN和JK觸發(fā)器圖Protel－綜合仿真實(shí)驗(yàn)三任務(wù)三：新建PCB文件（file－new－PCBdocument）繪制任務(wù)一中原理圖的PCB圖二,實(shí)驗(yàn)步驟：打開protell99軟件，按照File—New——雙擊Document文件夾——File—New——雙擊PCBDocument——給PCB文件命名——雙擊該文件名，建好新的PCB文件。在第一次繪制的原理圖中添加元件封裝，經(jīng)電氣檢查無誤后生成網(wǎng)絡(luò)表。在PCB繪制窗口按照Design—Loadnets—Execute導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表。這樣就把元器件導(dǎo)入到PCB里，調(diào)整原件位置再進(jìn)行布線。布線：選擇自動布線選擇全部，軟件會自動按照一定的要求自動布線。三,實(shí)驗(yàn)繪制的PCB圖：如下圖所示：圖31繪制的PCB圖Protel－綜合仿真實(shí)驗(yàn)四任務(wù)四：新建PCB庫文件（file－new－PCBlibrarydocument）繪制任務(wù)二中兩個元件的封裝實(shí)驗(yàn)步驟：打開protell99軟件，建立一個PCB文件。繪制原件圖：在PCB繪制窗口繪制出實(shí)驗(yàn)要求的原件圖，按要求調(diào)整原件的大小和焊點(diǎn)的大小位置，最終的到如下圖所示：實(shí)驗(yàn)繪制的PCB圖：三極管NPNJK觸發(fā)器圖11實(shí)驗(yàn)繪制的PCB圖Protel－綜合仿真實(shí)驗(yàn)五任務(wù)五：繪制層次原理圖，將下面的原理圖分成兩個模塊建立層次原理圖。二,實(shí)驗(yàn)步驟：1打開protell99軟件，建立一個PCB文件。2繪制原件圖：在PCB繪制窗口繪制出實(shí)驗(yàn)要求的原件圖，placesheetsymbol放置方塊圖AddSheetEntry放置圖紙入口，雙擊端口定義端口輸入輸出、左右指向等屬性3繪制子系統(tǒng)原理圖Design菜單――creatsheetfromsymbol――點(diǎn)擊子系統(tǒng)――彈出窗口點(diǎn)No――在彈出的新原理圖窗口中繪制子系統(tǒng)原理圖，類似matlab封裝。（如下圖所示：）上層原理圖中放置下層原理圖圖11實(shí)驗(yàn)繪制的PCB圖實(shí)驗(yàn)小結(jié)：為期兩周的自動化專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)圓滿結(jié)束了，通過本次綜合實(shí)驗(yàn)我們學(xué)到了很多課本上無法學(xué)到的知識，作為當(dāng)代大學(xué)生更應(yīng)該注重理論與實(shí)踐