1、課程設(shè)計(jì)課程名稱電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)題目名稱直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師2015年12月31日廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目：直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容利用自動(dòng)控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)仿真等課程知識(shí)，掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì)方法。在計(jì)算機(jī)環(huán)境下完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試，以及實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步鞏固和提高系統(tǒng)觀念，掌握所學(xué)的理論知識(shí)。二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一個(gè)由三相零式晶閘管裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，參數(shù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：'=15kW,=160V,=120A,.=1000r/min,=0.136Vrpm.主回

2、路總電阻：R=0.4Q品閘管裝置放大倍數(shù)：=1030電磁時(shí)間常數(shù)：=0.023s機(jī)電時(shí)間常數(shù)：=0.2s反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Q=0.0029s,乙,=0.0128s額定轉(zhuǎn)速是的給定電壓：'=15V調(diào)節(jié)器的飽和輸出電壓：10V系統(tǒng)得調(diào)速范圍：D=10(1)確定電流反饋系數(shù)B和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)%假設(shè)起動(dòng)電流限制在1.4%以內(nèi)。(2)系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：無(wú)靜差。動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：電流超調(diào)量色%0(4%-10%,每人的數(shù)據(jù)請(qǐng)?jiān)诟奖聿樵?,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量(8%-15%,每人的數(shù)據(jù)請(qǐng)?jiān)诟奖聿樵?，調(diào)節(jié)器輸入電阻為=40KQo三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作1 .完成直流調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真實(shí)驗(yàn)；2

3、.根據(jù)課程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求，完成系統(tǒng)電壓、電流環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)；3 .利用MatLab/simulink工具軟件完成所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的合理性；4 .設(shè)計(jì)及仿真完成后，提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告及相關(guān)材料電子檔一份，雙面打印紙質(zhì)版一份。提交電子檔每位同學(xué)一個(gè)文件夾，文件夾內(nèi)含實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子檔一份，以及matlab/simulink仿真源代碼一份。文件夾命名規(guī)則：12自/創(chuàng)/卓(x)班-學(xué)號(hào)-姓名實(shí)驗(yàn)告報(bào)命名規(guī)則：12自/創(chuàng)/卓(x)班-學(xué)號(hào)-姓名-實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc源代碼命名規(guī)則：12自/創(chuàng)/卓(x)班-學(xué)號(hào)-姓名-matlab.zip四、課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排廳P設(shè)計(jì)各階段內(nèi)容地點(diǎn)起止日

4、期1任務(wù)布置機(jī)房12.28-1.62資料收集機(jī)房3系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)房4仿真工具軟件的學(xué)習(xí)與系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)機(jī)房5系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)的總結(jié)、撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告機(jī)房五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1陳伯時(shí)，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(第4版)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.2王兆安，等.電力電子技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.3洪乃剛，電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20064張圣勤，Matlab7.0實(shí)用教程，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.指導(dǎo)教師簽名：基層教學(xué)單位責(zé)任人簽章:發(fā)出任務(wù)書(shū)日期：2015年12月29日計(jì)劃完成日期：2015年1月6日主管院

5、長(zhǎng)簽章1.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)一個(gè)由三相零式晶閘管裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，參數(shù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：；=15kW=160V,=120A,.=1000r/min,=0.136Vrpm.主回路總電阻：R=0.4Q品閘管裝置放大倍數(shù)：=25電磁時(shí)間常數(shù)：=0.023s機(jī)電時(shí)間常數(shù)：=0.2s反饋濾波時(shí)間常數(shù)：乙=0.0029s,乙產(chǎn)0.0128s額定轉(zhuǎn)速是的給定電壓：'=15V調(diào)節(jié)器的飽和輸出電壓：10V系統(tǒng)得調(diào)速范圍：D=10（1）確定電流反饋系數(shù)B和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)%假設(shè)起動(dòng)電流限制在1.4%以內(nèi)。（2）系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：無(wú)靜差。動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：電流超調(diào)量5%0（4%-10%,每人的數(shù)據(jù)

6、請(qǐng)?jiān)诟奖聿樵儯?，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量（8%-15%,每人的數(shù)據(jù)請(qǐng)?jiān)诟奖聿樵儯?調(diào)節(jié)器輸入電阻為=40KQ。2.電流環(huán)的設(shè)計(jì)I型系統(tǒng)。電流環(huán)小時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，內(nèi)環(huán)5%,無(wú)靜差。則電流環(huán)應(yīng)校正成典型問(wèn)常數(shù)之和，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，電流環(huán)的小時(shí)間常數(shù)為:,，0.0033+0.0029=0.0062sACR選用PI調(diào)節(jié)器，I廠tMT卷+1ACIi（5）=K«TiS校正為II階最佳，電流環(huán)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)：Ki=80.645s電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)：6=0.023sTT-10/(1.2*120)=0.069廠R力ReR，.一.：,.-80.645*0.023*0.4/(0.069*25)

7、=0.430電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖1所示，根據(jù)原理圖1有圖1含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器T.SToiS+1丁i=凡G,Ki=，加心4取H40KQ,貝U凡=K*口=17.20KQ,可選0=17KQ:1.35*e-6F，可選=1.35uF0.290*e-6F，可選,=0.3uF按上述參數(shù)，電流環(huán)可達(dá)到的跟隨性能指標(biāo)為近似條件校驗(yàn)：內(nèi)%=4.3%滿足設(shè)計(jì)要求。(1)品閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件：_11/(3*Ts)=1/(3*0.0033)=101sWci滿足近似條件(2)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的近似條件:3I=3。1s,=44.23sWci滿足近似條件'Tm1TY0.2父0.023

8、(3)小時(shí)間常數(shù)環(huán)節(jié)的近似處理?xiàng)l件:113TsTOi30.00330.0029=107.8s、Wci滿足近似條件三項(xiàng)近似處理均滿足近似條件3.轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)電流環(huán)的等效時(shí)間常數(shù)為刀=2*0.0062=0.0124s轉(zhuǎn)速環(huán)的小時(shí)間常數(shù)為1八7：,0.0124+0.0128=0.0252s因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求靜態(tài)無(wú)差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器可采用PI調(diào)節(jié)器。為了減少退飽和超調(diào)量,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為Kn（小+1）并具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可按典型n型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán),MTnS+1H45/?（5）=Kn調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益w=居gH華一1）11篦工型0（方,用工1）按跟隨與抗擾性能都較好的原則，取h=5,但最后算出來(lái)的超調(diào)量

9、指標(biāo)仃汁w=14.3%>10%,故可選h=4,則ASR的時(shí)間常數(shù)為-1/八，.4*0.0252=0.1008s轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為"=TCeTm力.十I246.047SASR的比例放大系數(shù)為U*1'-15/1000=0.0155*0.069*0.136*0.2/（2*4*0.015*0.4*0.0252）=7.76轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖2所示。-m,粵con±10u-圖2含給定濾波與反饋濾波的pi型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器取幾=40KQ,則國(guó)=K1島=310.317KQ,可選心=310KQ9=0.325*e-6,可選Cn=0.3fFil-jljatCaii監(jiān)=1.28*e-

10、6,可選Con=1.3仙F為又知當(dāng)h=4時(shí)，查表得aciw/c%=77.5%,=齊=352.9由此求得=2*77.5%*1.4*352.9*0.0252/1000/0.2=9.65%滿足超調(diào)量指標(biāo)要求檢驗(yàn)近似條件，轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為.二，246.047*0.1008=24.8s必(1)電流環(huán)傳遞函數(shù)的近似條件：32.3s口氏(2)小時(shí)間常數(shù)環(huán)節(jié)近似條件：一；.2&5sJY皿以上兩項(xiàng)都滿足近似條件。4 .系統(tǒng)仿真雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。圖3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖1）電流環(huán)仿真結(jié)果分析，電流超調(diào)量為9.64%,滿足超調(diào)指標(biāo)2）雙閉環(huán)系統(tǒng)StsplTrBjnslerFai5結(jié)

11、果:結(jié)果分析，速度超調(diào)量為8.01%,滿足超調(diào)指標(biāo)3）伯德圖(1)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示,U圖4轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(2)電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為Wopi(s)=K：Ks/Ris(Ts1)Kis(Ts1)80.645s(0.0062s1)由命令:s=tf('s')G=80.645/s/(s*0.0062+1);對(duì)勾造開(kāi)環(huán)傳函bode(G);%畫(huà)伯德圖Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G)可得電流環(huán)的伯德圖：FngqmncyGmInfPm=65,5303Wcg-InfWcp=7X4014伯德圖結(jié)果分析：截止頻率是73.4014

12、s',電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，電流環(huán)的跟隨性能較強(qiáng)，幅值裕度GM<0且相角裕度PM為65>45,系統(tǒng)穩(wěn)定。(3)轉(zhuǎn)速環(huán)的伯德圖：轉(zhuǎn)速環(huán)的近似處理開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為.工飛。二忑T-1；246.0480.1008s1不0”1)s20.0252s1由命令：s=tf('s')G=246*(0.1008*s+1)/(sA2*(0.0252*s+1);%構(gòu)造開(kāi)環(huán)傳函bode(G);%畫(huà)伯德圖Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G)可得伯德圖:Iransferfuructi&nisGn=InfPn-3注5248Wcg=InfWcp-23.2580

13、L«slMadilied2016-1-36:55-36201B-1,3e.14.44/X3G)濟(jì)構(gòu)造開(kāi)環(huán)傳函G)fc2*(D.0262*s+1)G):伯德圖結(jié)果分析:轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率是23.25rad/§轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)相互配合，電流環(huán)對(duì)負(fù)載電流擾動(dòng)進(jìn)行快速的調(diào)節(jié)而轉(zhuǎn)速環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行整體的把握，從而達(dá)到穩(wěn)定性和快速性相照應(yīng)的效果。相位轉(zhuǎn)速環(huán)等效為2型系統(tǒng)，一個(gè)慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)微分環(huán)節(jié)的乘積，轉(zhuǎn)速環(huán)響應(yīng)比電流環(huán)慢，幅值裕度GM<0且相角裕度PM為36>0,有利于控制環(huán)本身的穩(wěn)定。5 .心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一周，在整整一個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到

14、很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我感受頗多。在正式進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，我參考了一些網(wǎng)上的資料，通過(guò)對(duì)這些設(shè)計(jì)方案來(lái)開(kāi)拓自己的思路，最后終于有了自己的思路。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制理論的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺，自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)10最后，我深感要注重理論聯(lián)系實(shí)際。以前一直覺(jué)得理論知識(shí)離我們很遠(yuǎn)，經(jīng)過(guò)課程設(shè)計(jì)，才發(fā)現(xiàn)理論知識(shí)與生活的聯(lián)系。這大大激發(fā)

15、了我學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)的興趣。再者我們學(xué)習(xí)的是工科，不單純只是理論方面的的工作，還應(yīng)該考慮到實(shí)際情況。理論計(jì)算的結(jié)果可能與實(shí)際稍有差別，要以實(shí)際情況為準(zhǔn)?？傊?，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過(guò)的新知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了獨(dú)立的去發(fā)現(xiàn)，面對(duì)，分析，解決新問(wèn)題的能力，不僅學(xué)到了知識(shí)，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺。6 .參考文獻(xiàn)1阮毅，陳伯時(shí)，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第4版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.2王兆安，等.電力電子技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.3洪乃剛，電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20064張圣勤，Matlab7.0實(shí)用教程，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.11個(gè)人數(shù)據(jù)查詢（請(qǐng)務(wù)必按自己的數(shù)據(jù)計(jì)算和仿真）學(xué)號(hào)（末四位）姓名電流超調(diào)量d%轉(zhuǎn)速超調(diào)量巾xxx48xxx58xxx68xxx78xx