自控课程设计报告.doc

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1、课程设计报告学生姓名:周柳琪学号：08学院:电气工程学院班级:电自卓越131题目:自动控制原理单闭环直流电动机调速张虹指导教师：职称:教授2015年12月12号摘要                  该设计是转速负反馈的单闭环直流调速系统，目前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在相当长的时间内，高性能的调速系统几乎都采用直流调速系统，为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统，对调速指标要求不高的场合，采用单

2、闭环系统，按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速负反馈单闭环使用较多。 在设计中用MATLAB软件对设计举例进行了仿真，说明了直流调速系统的特性。 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆

3、脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。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。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来

4、解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。本课题就是充分利用了MATLAB的系统仿真的强大功能，利用仿真，以及仿真出的结果，客观的表现出转速反馈控制直流调速系统的运行现象。 关键字： 转速负反馈 他励直流电动机MATLAB一.课程设计任务1.了解直流电动机调速系统工作原理2.掌握简单使用MATLAB和SIMULINK软件仿真的方法

5、。3.理解时域分析法，根轨迹法，频率法在分析时的简单应用。二.实验原理根据本设计要求，设计的系统为转速负反馈单闭环直流调速系统，其中转速为负反馈量。转速反馈闭环调速系统是一种基本的反馈控制系统，它具有三个基本特征。1、只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。2、反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。3、系统的精度依赖于给定和反馈检测精度。根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。图1转速负反馈单闭环直流调速系统

6、的组成图2带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图图2为带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图。在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台测速发电机TG ，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Un，与给定电压Un*相比较后，得到转速偏差电压，经过放大器A，产生电力电子变换器UPE所需的控制电压Uc，用以控制电动机转速n。图中，UPE是由电力电子器件组成的变换器，其输入接三相（或单相）交流电源，输出为可控的直流电压Ud。电动机同轴安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压U

7、n，与给定电压U*相比较后，得到转速偏转电压Un，经过放大器A，产生电力电子变换器UPE所需的控制电压Uc，用以控制电动机的转速，这就组成了反馈控制的闭环直流调速系统。对于中、小容量系统，多采用由IGBT或P-MOSFET组成的PWM变换器；对于较大容量的系统，可采用其他电力电子开关器件，如GTO、IGCT等；对于特大容量的系统，则常用晶闸管触发与整流装置。三．调速系统稳态分析及其传递函数1.为突出主要矛盾，先做如下假定（1）忽略各种非线性因素，假定系统中各环节的输入输出关系都是线性的，或者只取其线性

8、工作段。（2）忽略控制电源和电位器的内阻。2.转速负反馈系统中各环节的稳态关系如下：电压比较环节△Un=Un*-Un放大器Uc=Kp△Un电力电子变换器Udo=KsUc调速系统开环机械特性n=（Udo-IdR）/Ce测速反馈环节Un=αn以上各关系式中：Kp—放大器的电压放大系数；Ks—UPE的电压放大系数；α—转速反馈系数（V*min/r）;R—电枢回路总电阻；Udo—UPE的理想空载输出电压（V）.3.闭环系统的静特性方程从上述五个关系式中消去中间变