运动控制实验报告.docx

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1、苏州市职业大学实训报告名称运动掌握系统实训项目转速、电流双闭环直流调速系统的MATLAB仿真设计2022年12月31日至2022年1月4日共一周院系电子信息工程系班级姓名学号系主任张红兵教研室主任邓建平指导老师叶国平苏州市职业大学实训任务书课程名称：运动掌握系统实训起讫时间：2022.12312022.14院系：电子信息工程系班级:指导老师：叶国平系主任：张红兵一、实训课题转速、电流双闭环直流调速系统的MATLAB仿真设计二、实训要求1、 了解MATLAB6.5；2、 娴熟把握MATLAB6.5环境下SinIUlink工具箱和电力系统(SimPowersystem)工具箱的应用；熟识工具箱中各

2、模块的功能及其仿真参数、属性的设置；3、 把握转速、电流双闭环直流调速系统中各个环节的传递函数形式；4、 把握转速、电流双闭环直流调速系统的调速特性，学会分析转速、电流双闭环直流调速系统的稳态性能及动态性能；5、 设定调速系统的相关参数，画出双闭环直流调速系统的仿真模型并对得到的仿真结果进行具体的分析；6、 减小或者增大开环增益K的值，分析仿真结果对系统稳态性能和动态性能的影响；7、 增大给定转速信号的值，仿真结果对系统稳态性能和动态性能的影响；8、 把仿真模型和仿真图形保存在一个WORD文档中；9、 完成实训报告，内容：对MATLAB和SinlUIink简洁介绍；转速、电流双闭环直流调速系统

3、的组成和工作原理、稳态参数关系、开环机械特性、静特性；建立单环系统仿真模型、仿真模型中所用到的模块名称及其功能、仿真结果分析；心得体会等。留意：报告用A4纸，用设计模板供应的封面；报告格式严格依据学校相关文件要求。三、实训工作量1指导老师概括介绍转速、电流双闭环直流调速系统的组成和工作原理、实训报告书写法律规范，发放材料。2课时2、指导老师概括介绍MATLAB/Simulink的基本学问、指导同学把握仿真工具箱中各模块的功能及其参数设置6课时3、建立仿真模型并对仿真结果进行全面分析9课时4、完成实训报告6课时5、提交转速、电流双闭环直流调速系统的仿真模型、仿真图形（MATLAB环境下）以及实训

4、报告。1课时四、实训报告内容1）绪论:概括介绍仿真掌握技术的进展过程及其优点、简洁介绍MATLAB和SimUlink仿真工具箱；2）SirnUlink模块的基本操作：简洁介绍如何进入SimUIirlk环境、如何建立一个新的仿真文件（文件后缀名为mdl）并进行保存、如何进行模块的选定、拷贝、移动、删除、连接、模块标题名称和内部参数的修改等；3）转速、电流双闭环直流调速系统：重点介绍系统的组成和工作原理、各环节的传递函数、系统的稳态结构图、稳态关系、闭环静特性等：4）转速、电流双闭环直流调速系统的仿真模型及其分析：建立转速、电流双闭环直流调速系统的仿真模型、设置不同的开环增益K和给定转速信号U：,

5、对仿真结果进行全面的分析。5）实训总结（心得体会）。6）参考文献（格式和所使用教材中的参考文献格式全都）名目实训任务书1第一章绪论51.1 仿真掌握技术51.2 MATLAB与掌握系统仿真6其次章转速、电流双闭环直流调速系统72.1 双闭环直流调速系统的介绍72.2 双闭环直流调速系统的组成72.3 双闭环直流调速系统的工作原理82.4双闭环直流调速系统的稳态结构图8第三章SimUIink环境下的仿真103.1 双闭环直流调速系统的仿真模型图103.2 仿真参数设置103.3 仿真结果及分析Il第四章实训总结14参考文献15第一章绪论1.1 仿真掌握技术系统仿真作为一种特别的试验技术，在20世

6、纪30年月到90年月的半个多世纪中经受了飞速的进展，到今日已经进展成为一种真正的、系统的试验科学。伴随着第一台电子管电子计算机的诞生和以相像理论为基础的模拟技术的应用，仿真作为一种讨论和进展新产品、新技术的科学手段，在航空、航天、造船、兵器等与国防科研相关的行业中首先进展起来，并显示了巨大的社会效益和经济效益。随着计算机技术的进展，仿真技术逐步进展，现已形成完整的学科，渗透到各个领域，为应用系统的讨论供应了强大的工具。仿真技术进展趋势：D硬件发面，基于多CPU并行处理技术的全数字仿真将有效提高仿真系统的速度，大大增加数字仿真的时效性；2）应用软件方面，直接面对用户的数字仿真软件不断推陈出新，各

7、种专家系统与智能化技术将更深化地应用于仿真软件开发中，事之在人机界面、结果输出、综合评判等方面达到更抱负的境界。仿真应用：D航空航天业，包括飞行器设计中的三级仿真体系（即数字仿真）、半实物仿真、实物仿真或模拟飞行试验，飞行员及宇航员训练用于飞行仿真模拟器等；2）电力工业，包括电力系统动态模拟试验，电力系统负荷安排、瞬态稳定性以及最优潮流掌握，电站操作人员培训模拟系统等；3）原子能工业，包括模拟核反应堆，核电站仿真器，用来训练操作人员以及讨论特别故障处理等；4）石油。化工以及冶金工业；5）非工程领域，如医学、社会学、宏观经济和商业策略的讨论等。1.2MATLAB与掌握系统仿真MATLAB是矩阵试

8、验室(MatrixLaboratory)的简称，是美国MathWOrkS公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MTLB和Simulink两大部分。SimUIink是MATLAB最重要的组件之一，它供应一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简洁直观的鼠标操作，就可构造出简单的系统。SimUIink具有适应面广、结构和流程清楚及仿真精细、贴近实际、效率高、敏捷等优点，并基于以上优点SimUIink已被广泛应用于掌握理论和数字信号处理的简单仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可

9、应用于或被要求应用于SimulinkoSimulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字掌握及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink供应了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI),这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它供应了一种更快捷、直接明白的方式，而且用户可以马上看到系统的仿真结果。Simul

10、ink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、掌握、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink供应了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也供应了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。其次章转速、电流双闭环直流调速系统2.1双闭环直流调速系统的介绍双闭环（转速环、

11、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰力量强的优点。我们知道反馈闭环掌握系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采纳转速负反馈和PI调整器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但假如对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满意要求。这主要是由于在单闭环系统中不能完全依据需要来掌握动态过程的电流或转矩。2.2双闭环直流调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调整器,分别调整转速和电流，二者之间实行串级连接，如

12、图2-1所示，即把转速调整器的输出当作电流调整器的输入，再用电流调整器的输出去掌握晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调整环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。图27转速、电流双闭环直流调速系统图中U*n、Un一转速给定电压和转速反馈电压；U;、U电流给定电压和电流反馈电压；ASR一转速调整器；ACR电流调整器；TG测速发电机；TA电流互感器；UPE一电力电子变换器。该双闭环调速系统的两个调整器ASR和ACR一般都采纳PI调整器。由于PI调整器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为掌

13、握器时又能兼顾快速响应和消退静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳和准为主，采纳PI调整器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。2. 3双闭环直流调速系统的工作原理ASR（速度调整器）依据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调整，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，掌握电枢电流就是掌握电磁转矩，相应的可以调速）。ACR（电流调整器）依据U和电流反馈Ui的偏差进行调整，其输出是UPE（功率变换器件的）的掌握信号Uc。进而调整UPE的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压转变后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由Te-TL=Jdn/出，只要Te与T

14、L不相等转速会相应的变化。整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变后，达到稳定。3. 4双闭环直流调速系统的稳态结构图双闭环直流系统的稳态结构图如图2-2所示，分析双闭环调速系统静特性的关键是把握Pl调整器的稳态特征。一般存在两种状况：饱和一一输出达到限幅值；不饱和一一输出未达到限幅值。当调整器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当与使该调整环开环。当调整器不饱和时，PI作用使输入偏差电压AU在稳太时总是为零。实际上，在正常运行时，电流调整器是不会达到饱和状态的。因此，对静特性来说，只有转速调整器饱和与不饱和两种状况。第三章SinIUlink环境下的仿真3.1双闭环

15、直流调速系统的仿真模型图3. 2仿真参数设置在MATLAB软件中画好如图3-1所示的仿真模型后，掌握电路中调整器的参数设置如下：给定转速信号Un*=20V,电流反馈系数为0.05；转速反馈系数为0.07；电流滤波时间常数TOi=O.002s;转速滤波时间常数Ton=O.01s。ASR和ACR这两个PI调整器的设置分别是ACR：Kpi=1.013,ti=0.03s,PI调整器中积分饱和值设为50,调整器输出的上下限幅值设为100JO0；ASR：Kn=11.7,tn=0.087s,Pl调整器中积分器饱和值设为10,调整器输出的上下限幅值设为-10,10。其它没有说明的为系统默认值。通过对仿真算法的

16、比较实践，本系统的算法选择ode23s;仿真开头时间为0,停止时间为6s。4. 3仿真结果及分析当建模和仿真参数设置完成后，即可进行仿真。图3-1所示模型的仿真结果如图所示3-2所示。图3-2(a、b、c、d)别是电机的转速、电枢电流、电磁转矩、励磁电流的仿真波形。图3-2(a)转速变化仿真波形图3-2(b)电流变化仿真波形图3-2(c)电磁转矩变化仿真波形图3-2(d)励磁电流变化仿真波形结果分析:从图3-2(a)、(b)所示的转速、电流的仿真波形图可以看出，双闭环直流调速系统的仿真启动过程同样经受了电流提升、恒流调速、转速调整三个阶段。每一个阶段的转速和电流的变化都和转速、电流栓闭环直流调

17、速系统的理论分析结果是全都的。可以看到，在图3-1仿真模型中设定的参数下，大约1.3s,双闭环直流调速系统趋于稳定，稳定转速达到额定转速。此外值得留意的是，在其次阶段结束，第三阶段开头时，转速达到给定值是，由于在Pl调整器的积分器作用下，转速会连续提升以致消失转速超调的状况，这是电流调整器的给定信号极性变负，使电枢电流下降。在电枢电流下降的过程中，由于图3-1的仿真模型为不行逆直流调速系统，晶闸管整流装置不能产生反向电流，所以电动机电枢电流不会消失负值。双闭环直流调速系统在电流的调整作用下，使得转速最终稳定在给定转速上。第四章实训总结时间过得太快了，就这样我的高校接近尾声。但这次试验让我懂得了

18、很多学问。这次试验综合运用了自动掌握原理、电力电子技术、电力拖动与掌握技术等的学问，为了更好的完成设计，我又重新复习了一遍原来所学的学问，深入了对学问的理解，提高了对学问的应用力量，同时使我熟识到了各个课程之间是紧密联系的。具体的说，第一，了解了调速的进展史的同时，进一步了解了沟通调速系统所蕴涵的进展潜力，把握了这一方面将来的进展动态；其次，了解了双闭环直流调速系统的基本组成以及其静态、动态特性；第三，基本把握了ASR、ACR（速度、电流调整器）为了满意系统的动态、静态指标在结构上的选取，包括其参数的计算；第四，运用MATLAB仿真系统对所建立的双闭环直流调速系统进行的仿真，与此同时，进一步熟

19、识了MATLAB的相关功能，把握了其使用方法。总之，在设计过程中，我不仅学到了以前从未接触过的新学问，而且学会了独立的去发觉，面对，分析，解决新问题的力量，不仅学到了学问，又熬炼了自己的力量，使我受益非浅，同时感谢在设计中供应关心的老师和同学们。参考文献1、李友善.自动掌握原理.北京：机械工业出版社，20072、钱平，赵金荣主编，高等教育出版社，电气自动化掌握类高校生职业技能培训教材（PLC应用技术及电气传动应用技术卷）（2005-6-1）；3、黄绍平，李永坚，工矿自动化，基于MATLAB的直流电动机斩波调速系统仿真讨论，2005年2月第1期；4、李发海、王岩.电机拖动基础.第三版.北京：清华高校出版社，2005