控制系統(tǒng)課程設計-轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真.doc

控制系統(tǒng)課程設計設計內(nèi)容：轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真 姓 名： 劉 幸 院 系： 信息科學與技術部 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化班 級 ： 11Q電 氣7 班 學 號 ： 201124390708 指導教師： 姚洪平 目錄一.仿真軟件的選用11.1 MATLAB簡介11.2 對SIMULINK的簡介1二.仿真框圖及說明22.1比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖22.2仿真參數(shù)要求2三.仿真模型圖及參數(shù)設置2四.仿真結果44.1 仿真過程44.2調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)整6五. 總結8六.參考文獻9七.致謝9一.仿真軟件的選用1.1 MATLAB簡介MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持。本課題就是充分利用了MATLAB的系統(tǒng)仿真的強大功能，利用仿真，以及仿真出的結果，客觀的表現(xiàn)出轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的運行現(xiàn)象。1.2 對SIMULINK的簡介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。功能Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果。 Simulink®是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。. 構架在Simulink基礎之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。Simulink與MATLAB® 緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。 特點豐富的可擴充的預定義模塊庫 交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖 以設計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復雜設計的管理 通過Model Explorer 導航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼 提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成 使用Embedded MATLAB 模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法 使用定步長或變步長運行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯C代碼的形式來運行模型 圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結果，診斷設計的性能和異常行為 可訪問MATLAB從而對結果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù) 模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯誤二.仿真框圖及說明2.1比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖見圖1。圖1 比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖 2.2仿真參數(shù)要求直流電動機：220V、55A、1000r/min,=0.192min/r晶閘管裝置的放大系數(shù)：=44電樞回路總電阻：R=1.0時間常數(shù)：=0,。00167s，=0.075s轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=0.01Vmin/r三.仿真模型圖及參數(shù)設置進入MATLAB界面，單擊工具欄中的SIMULINK圖標，打開SIMULINK的模塊瀏覽器窗口。如圖2所示。圖2 SIMULINK模塊瀏覽器窗口1、打開模型編輯窗口：通過單擊SIMULINK工具欄中的新模型圖標或選擇FileNewModel菜單項打開模型編輯窗口。2、復制相關模塊：圖2中的左邊模塊為所需的子模塊庫圖標，右邊為相應子模塊庫里的子模塊。雙擊子模塊庫圖標，將所需的子模塊拖入模型編輯窗口。如圖3所示，圖3 模型編輯窗口3、修改模塊參數(shù)：雙擊模塊圖標，在彈出的對話框中根據(jù)所給的要求修改模塊參數(shù)。如圖4示，圖4 模型編輯窗口4、模塊連接：鼠標左鍵單擊以連接各模塊。把相應的參數(shù)數(shù)據(jù)送人圖2-3，其中PI調(diào)節(jié)器的值暫定為Kp=0.56,1/t=11.43。最終生成圖5所示的比例積分控制的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。圖5 比例積分控制的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型四.仿真結果4.1 仿真過程1、仿真過程的啟動：單擊模型編輯窗口中工具欄的運行按鈕或者選擇SimulationStart菜單項，可啟動仿真過程，再雙擊Scope模塊就可以顯示仿真結果。如圖6所示。 圖6 修改控制參數(shù)前的仿真結果2、 仿真參數(shù)的設置：為了清晰地觀測仿真結果，需要重設仿真參數(shù)。單擊SimulationConfiguration Parameters菜單項，將打開一個對話框，把其中的Stop time欄目默認的結束時間從10.0修改為0.6s。保存，重新啟動仿真過程，然后單擊Scope工具欄中的按鈕自動刻度（Autoscale）,它會把當前窗口中信號的最大值最小值為縱坐標的上下限，從而得到圖7。 圖7修改控制參數(shù)后的仿真結果4.2調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)整在控制系統(tǒng)中設置調(diào)解器是為了改善系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能。在采用了PI調(diào)節(jié)器之后，構成的是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。通過改變PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，可以得到轉(zhuǎn)速響應的超調(diào)量不一樣、調(diào)節(jié)時間也不一樣的響應曲線。改變PI參數(shù)Kp，1/t，然后保存，重新進行仿真過程。如圖8所示為調(diào)節(jié)器參數(shù)是Kp=0.25，1/t=3的仿真結果圖，可以看出系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應無超調(diào)，但調(diào)節(jié)時間很長。 圖8 無超調(diào)的仿真結果如圖9所示為調(diào)節(jié)器參數(shù)是Kp=0.8，1/t=15的仿真結果圖，可以看出系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應超調(diào)較大，但快速性較好。 圖9 超調(diào)量較大的仿真結果5. 總結 經(jīng)過這次課程設計，我受益匪淺，加深了我對轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)這門課的認識，也學到了與其相關的很多方面的知識。在這次設計過程中遇到了很多問題，對我是一次很大的考驗，在老師和同學的幫助下，經(jīng)過反復的思考和多次的檢查后，終于找出了解決問題的方法，完成此次課程設計。這次課程設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于得以解決。經(jīng)過這次課程設計也使我明白了很多道理，畢業(yè)在即，在以后步入社會，同樣會遇到各種的問題，肯定不是一帆風順的，關鍵是一定不能放棄，不能遇到問題就想到退縮，任何問題都是能解決的，只要多思考，多努力肯定能發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能做成想做的事，才能在今后的道路上越走越遠，越走越順，而不是知難而退，那樣永遠不可能獲得成功。課程設計既是一門專業(yè)課，它給我?guī)砗芏鄬I(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門哲理課，人生課，讓我懂得許多道理，帶給我很多體會，做學問如此，做人亦是如此，這次設計讓我感觸很深。在這這次課程設計中，不僅培養(yǎng)了我獨立思考、動手操作的能力，也培養(yǎng)了我搜集資料，善于尋找解決辦法的能力。更重要的是，我學會了很多學習的方法。而這是以后無論在學習還是生活中都很實用的。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習?；仡櫰鸫苏n程設計，真是困難重重?。∈紫染褪欠抡孳浖倪x用以及使用，從一點也不會用到能一般的熟練應用，就耗費了我很長時間。還有就是一些具體的參數(shù)方面了，平時做事就愛馬虎，這次終于嘗到了苦頭，比如在設置調(diào)節(jié)器參數(shù)時就多寫了一個零，然后結果就大不相同，后來發(fā)現(xiàn)后，及時設置正確。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，平時也沒有什么動手的機會，這次設計才知道自己的動手能力欠缺太多了，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能成功。實驗過程中，也讓我明白了團隊合作的重要性，設計的日子里學到了很多知識，也帶給我很多樂趣，團結就是力量，只有互相之間學習，互補合作才能換來最終完美的結果。此次設計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂的地方要及時尋求解決辦法，只要認真思考，動腦鉆研，勤于動手，就沒有解決不了的問題。 六.參考文獻1 阮毅, 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)：運動控制系統(tǒng)M. 4版. 北京:機械工業(yè)出版社, 2009.8.2 2006楊庚辰.自動控制原理.西安：西安電子科技大學出版社，20053 阮毅, 陳伯時.電力傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 J 電氣傳動，19994 阮毅，陳維鈞.運動控制系統(tǒng)M.北京：清華大學出版社，20065R Gabriel,W Lenohard. Microprpcessor Control of Induction Moror J.IEEE 1982.6W Leonhard. Processing with Controled AC-Drives J.EPE Journal vol.1No.1 and No.2,1