1、本科生課程論文課程名稱 運(yùn)動控制系統(tǒng)學(xué) 院 機(jī)自學(xué)院專 業(yè) 電氣工程及其自動化學(xué) 號 13122565 學(xué)生姓名 侯成成 指導(dǎo)教師 楊影 分 數(shù) 運(yùn)動控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計 PWM直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)建模與仿真一、課程設(shè)計的目的及任務(wù)運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的一門主干專業(yè)課程，在該課程學(xué)習(xí)中單獨(dú)安排了1周的控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計。其目的是要求學(xué)生針對某個電機(jī)控制系統(tǒng)功能模塊或整個控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生能進(jìn)一步加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，了解典型的電機(jī)控制系統(tǒng)基本控制原理和結(jié)構(gòu)，掌握基本的調(diào)試方法，提高綜合應(yīng)用知識的能力、分析解決問題的能力和工程實(shí)踐能力，并初步培養(yǎng)實(shí)事求是的工作作風(fēng)和撰寫

2、科研總結(jié)報告的能力。二、課程設(shè)計的基本要求運(yùn)動控制系統(tǒng)被控對象是交、直流電動機(jī)，能量轉(zhuǎn)換是由電力電子器件構(gòu)成的變換器，微機(jī)構(gòu)成控制器。因此控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計學(xué)生應(yīng)掌握以下基本內(nèi)容：（1）交、直流電動機(jī)；（2）電力電子變換器；（3）微機(jī)控制器；（4）轉(zhuǎn)速、電流等檢測電路；（5）輸入輸出轉(zhuǎn)換電路、調(diào)理電路和功放電路等。三課程設(shè)計的內(nèi)容及基本要求1設(shè)計內(nèi)容（1）設(shè)計系統(tǒng)各單元電路和主控電路；（2）分析并測定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出特性及其參數(shù)，調(diào)試各單元電路； （3）系統(tǒng)性能分析與程序設(shè)計； （4）系統(tǒng)校正，修正系統(tǒng)靜、動態(tài)性能。2. 控制對象參數(shù)直流電動機(jī)：型號為Z4-132-1，額定電壓V，額定電

3、流A，額定轉(zhuǎn)速為2610 r/min，反電動勢系數(shù)=0.1459 Vmin/r，允許過載倍數(shù)=1.5；PWM變換器開關(guān)頻率：8KHz，放大系數(shù)：=107.5；(538/5=107.5)，直流母線電壓為538V。電樞回路總電阻：；時間常數(shù)：電樞回路電磁時間常數(shù)=0.0144s，電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)=0.18s；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)()；對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓。3設(shè)計要求（1）在matlab/simulink仿真平臺下搭建系統(tǒng)仿真模型。其中PWM變換器利用給出的PWM控制器模塊和simulink/Powersystem工具包中的功率封裝模塊搭建，不能直接利用傳遞函數(shù)建模。比例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行積分和輸出

4、限幅，輸出限幅值為+5和-5。（2）給出采用比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器時， 空載起動到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速波形，并就穩(wěn)態(tài)靜差和動態(tài)性能進(jìn)行對比分析說明原因。（3）給出采用比例積分調(diào)節(jié)器時，的轉(zhuǎn)速、電流、電樞電壓波形，分析空載起動過程中電流過流原因，請給出解決過流問題的方法。 在4s突加40%額定負(fù)載，給出仿真波形（包括轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出），并加載過程中波形變化加以分析，比較加載前后穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，說明原因。四PWM直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 1.PWM調(diào)速原理可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖1所示，電動機(jī)M兩端電壓的極性隨全控型電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)而改變。雙極式控制可

5、逆PWM變換器的四個驅(qū)動電壓的關(guān)系是：。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0t<時，電樞電流id沿回路1流通；當(dāng)t<T時，驅(qū)動電壓反號，id沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流，。因此，在一個周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形，這是雙極式稱的由來。圖1.雙極式控制可逆PWM變換器由于ACR 輸出的數(shù)值在-1010 之間， 為使ACR 輸出的數(shù)值同PWM 發(fā)生器輸入信號相對應(yīng)， 在ASR 輸出端加了一個Gain 模塊， 參數(shù)為0.1。這樣，當(dāng)ASR 輸出限幅10 時，PWM 輸入端為1， 占空比為1； 當(dāng)ASR 輸出限幅為-10 時，PWM 輸入端為-1，占空比為0。五Matlab仿真設(shè)計 1.PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿

6、真模型 1.1 比例調(diào)節(jié)器的PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型如圖所示。 1.2比例調(diào)節(jié)器的PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果 當(dāng)給定值為10時，轉(zhuǎn)速、電流、電樞電壓波形形分別如下：1.3比例積分調(diào)節(jié)器時， 的PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型如示。 1.4比例積分調(diào)節(jié)器時， 的PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真仿真結(jié)果如示。 當(dāng)給定值為10時，當(dāng)給定值為10時，轉(zhuǎn)速、電流、電樞電壓波形形分別如下： 1.3 仿真結(jié)果分析 比例控制直流調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降的變化。 比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器

7、的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。積分調(diào)節(jié)器到穩(wěn)態(tài)時Un =0，只要?dú)v史上有過Un ，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓。 PI控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。2. 單閉環(huán)PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型2.1單閉環(huán)PWM可逆直流調(diào)速比例積分調(diào)節(jié)器時，系統(tǒng)仿真模型如2.2單閉環(huán)環(huán)PWM可逆直流比例積分調(diào)節(jié)器時，調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果當(dāng)給定值為10時，轉(zhuǎn)速、電流、電樞電壓波形形分別如下：圖13.直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流和電磁轉(zhuǎn)矩波形2.3仿真結(jié)果分析上圖為直流電機(jī)空載時電機(jī)的輸出響應(yīng)從波形

8、可知，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)能根據(jù)給定于反饋的誤差自動調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，調(diào)節(jié)占空比，從而改變橋式可逆PWM變換器輸出的平均電壓，從而控制轉(zhuǎn)速。由于比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)是基于當(dāng)前誤差的調(diào)節(jié)，與歷史值無關(guān)，是有差調(diào)節(jié)，故穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速下降。其余特性和開環(huán)特性一樣。由于電源電壓過大以及電樞繞組電阻過小，都有可能導(dǎo)致過流，處理辦法由降壓起動或者串電阻啟動等。3. 單閉環(huán)PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)在4s突加40%額定負(fù)載仿真模型3.1單閉環(huán)PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)在4s突加40%額定負(fù)載仿真模型如下3.2單閉環(huán)PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)在4s突加40%額定負(fù)載調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果當(dāng)給定值為10時，轉(zhuǎn)速、電流、電樞電壓波形形分別如下：3.

9、3仿真結(jié)果分析。 加負(fù)載前后，轉(zhuǎn)速由于轉(zhuǎn)速環(huán)在短時間的波動后趨于穩(wěn)定，電樞電流也從零附近的值穩(wěn)定與某一定值，電樞電壓不變。從圖可知，系統(tǒng)抗擾動的性能較強(qiáng)。六實(shí)習(xí)心得運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的一門主干專業(yè)課程，經(jīng)過一周的控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我基本掌握了針對某個電機(jī)控制系統(tǒng)功能模塊或整個控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，使我能進(jìn)一步加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，了解典型的電機(jī)控制系統(tǒng)基本控制原理和結(jié)構(gòu)，掌握基本的調(diào)試方法，提高綜合應(yīng)用知識的能力、分析解決問題的能力和工程實(shí)踐能力，并初步培養(yǎng)了實(shí)事求是的工作作風(fēng)和撰寫科研總結(jié)報告的能力。在仿真的過程中，我遇到了各種各樣的問題，比如模塊的尋找，參數(shù)如何設(shè)置等。經(jīng)過我不懈的努力，通過咨詢老師、查詢資料、詢問同學(xué)等各種途徑，逐步解決了仿真課程設(shè)計