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1、运动控制实习报告班级：自动化 0331班姓名：XXX学号： 082222222电机参数为： 调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min电枢电阻Ra=0.2Q，允许过载倍数入=1.5;电枢回路总电阻:R= 0.5 Q，电枢回路总电感：L= 15mH,电动机轴上的总飞轮力矩:GD2= 22.5Nm2，晶闸管装置:放大系 数Ks=40,电流反馈系数:B =0.05V/A,转速反馈系数:a =0.007Vmin/r,滤波时间常 数:Toi=0.002s ,Ton=0.01s设计要求:（1）稳态指标:转速无静差;（2）动
2、态指标:电流超调量o iW5%,空载起动到额定转速的转速超调量o nW 10%一、电机参数的初步计算和电机模型原理1）电机模型基本参数的计算：enN220 -136 x 0.2S60=0.132Tl 二 RsGD2R22.5x 0.5T = 0.18s； U* =九1 卩=10.2v 所以转速m 375C C375 x 0.132 x 9.55 x 0.132i nem调节器的输出限幅值为10.2v ； U* n = 10.22v。nN2）电机模型原理:为了分析调速系统的稳定性和动态品质，必须首先建立描述系统的动态物理 规律和数学模型，对于连续的线性定长系统，其数学模型是常微分方程，经过拉 氏
3、变换，可用传递函数和动态结构图表示。建立系统动态数学模型的基本步骤如 下：（1）根据系统中各环节的物理规律，列出描述该环节动态过程的微分方程。（2）求出各环节的传递函数。（3）组成系统动态结构框图，并求出系统的传递函数。下图为本文直流闭环调速系统的等效电路：图1.1直流闭环调速系统的等效电路3.1)3.2)3.3)3.4)m 电力拖动系统机电时间常数GD2 r375C Cem假定主电路的电流连续，则动态方程为：dIU = RI + L d + Ed0 d dt忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机上的动力学方程为GD 2 R dT T =ne i 375C C de m t额定励磁下的感应电动势和电磁
4、转矩分别为E=Cne式中Ti包括电动机在内的负载转矩;GD 2 电力拖动系统折算到电动机轴上的飞轮惯量C 额定励磁下电动机的转矩系数，C = 30 C ；兀 eTl-电枢回路电磁时间常数，Tl=L综合整理得：U - E = R (I + Td0d ldI才)tTdI = mEd dL R dt式中I 一负载电流，I = T C。dLdL L变换，得电压与电流的传递函数为：在零初始条件下，I (s)dU (s) - E (s) d0则有电压电流间的结构框图：1RTs +1i(3.5)(3.6)取等式两侧的拉氏(3.7)U (s)I (s)dE(s)T+i图 1.2 电压电流间的结构框图电流与电动
5、势间的传递函数为：3.8)E (s)_ RI (s) -1 (s) 一 Tsd dL m则有电流电动势间的结构框图：由上图可以看出，直流电动机有两个输入量，一个是施加在电枢上的理想空 载电压，另一个是负载电流。前者是控制输入量，后者是扰动输入量。如果不需 要在结构图中显现出电流，可将扰动量的综合点移前，再进行等效变换，分别得 到IdL工0和IdL= 0时的变换图，如图3.5所示1 CeTTS2 + T s+1mlmn(s)图 1.5 直流电动机的动态结构框图的变换和简化经过变化和简化可以得到直流调速系统的动态结构框图：图 1.6 直流调速系统的动态结构图反馈控制环的开环传递函数为：3.9)E
6、(s)_ RI (s) I (s) - Tsd dL m其中P= UJU ,设/d0，从给定输入作用上看，闭环直流调速系统的闭环传递函数是 ：K Kp sW (s)=clC (1+ K)T TT T (Te + T)T + T m lK1 + K1 + K、直流电机调速系统的八种仿真1、双闭环直流调速系统11 双闭环直流调速系统的工作原理：双闭环直流调速系统可以按照理想的要求来控制电流，缩短启动制动的时 间，提高生产效率，在启动（或制动）过渡过程中，希望保持电流为允许最大值， 使调速系统以最大的加速度加（减）速运行。当到达稳态转速时，最好使电流立即 降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速
7、转入稳态运行。为了使转速和 电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈 和电流负反馈以调节转速和电流，二者实行串级联接。把转速调节器的输出当作 电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。为了获 得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。12 双闭环直流调速系统的设计：1.2.1 电流调节器的设计：(1) 执行机构晶闸管三相桥全控整流的滞后时间常数T二3.33ms ,取smaxT 二 1.67 ms。s(2) 电流环的反馈系数：0二0.05，转速环的反馈系数：0.007 .3)电流调节器参数的计算：根据题目要求： i J
8、5%，电流超调量很小，对抗扰指标没有具体要 求，因此将电流环设计成典 I 型。用 PI 型电流调节器，设计成典型系统时其传递函数为：t s +1W(s)二 K 亠ACRi t si电流环开环传递函数为：W (s)=opiK (t s +1)0 KiiT s(Ts +ils +1i用调节器零点消去大的时间常数，因为Ti 乞取t = T = 0.03 ,得：ilK 0 K /T T s s + 1 s s + 1W(s )=(s-R)=opi其中，k二KK0二KK卫I t R Til由于 3 TT_ 3j0.18x0.03 _ 0.221，满足条件。cim l3) 校验晶闸管整流装置传递函数的近似
9、条件：3T _诙丽_ 208333o ci，满足近似条件。按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为b %二4.3% w5TE5x0.00367Ei满足条件cn1i 1小时间常数近似条件：w -32T T丫 E i oncn113TE T乙n on=弓0.00冈3 4 = 0 00严cn满足近似条件1.2.3.要求指标的再检验：AC（1）转速的超调：b % = （一max nCbAn%) - 2(X- z)n*ACh=5，此时一 max % 二 81.2%; z 二 0, Cbn * = n ,九nom2，I R 8x 3.7An= dnom =246.67nom C 0.12eb 二
10、81.2% x 2 x 2 x 246.67 x 0008n 200 0.2满足题目要求。2）调节时间的检验：当 h 取 5 时，调节时间为二 16% 20%C T n *e_mR(I-1 )dm dL+ 8.80 x TE n二 0.081 + 8.80 x 0.008s 二 0.151s 0.5st 二 8.80 x T 二 8.80 x 0.008s 二 0.07s 0.1s.vE n1.3 Simulink 环境中的系统模型、仿真结果及分析1.3.1Matlab 和 Simulink 简介MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称，是美国MathWorks公司
11、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MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数 和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、 控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。SIMULINK 是 MATLAB 里的工具箱之一，主要功能是实现动态系统建模、 仿真与分析；SIMULINK提供了一种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动的方 便，便能迅速地建立起系统框图模型，并在此基础上对系统进行仿真分析和改进 设计。其特点是：1) 高效的数值计算及符号计算功能 ,能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出 来;2) 具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化;3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言 ,使学者易于学习和掌 握;4) 功能丰富的应用工具箱(如信号
