帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計1設(shè)計目的（1）了解帶電流截止負反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理，熟悉組成環(huán)節(jié)及每個環(huán)節(jié)的作用。（2）應(yīng)用所學(xué)的交、直流調(diào)速系統(tǒng)的基本知識與工程設(shè)計方法，結(jié)合生產(chǎn)實際，確定系統(tǒng)的性能指標與實現(xiàn)方案，進行運動控制系統(tǒng)的初步設(shè)計。（3）應(yīng)用計算機仿真技術(shù)，通過在MATLAB軟件上建立運動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對控制系統(tǒng)進行性能仿真研究，掌握系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。2設(shè)計參數(shù)采用晶閘管三相橋式全控整流電路供電，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動機UN=220V， IN=65A，nN =1000r/min，電樞電阻Ra=0.15，電樞電感La=0.0002H，勵磁

2、電壓Uf=220V，勵磁電流If=1.5A，電樞繞組和勵磁繞組互感Laf=0.82H，供電電源電壓U2=130V；晶閘管裝置Ts=0.00167s，放大系數(shù)Ks=40；電樞回路總電阻R=0.5；電樞回路總電感L=15mH；電動機軸上的總飛輪慣量GD2=12.5Nm2；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器最大給定值=10V；3 設(shè)計任務(wù)(1)分析電流截止負反饋環(huán)節(jié)的工作原理，畫出系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖；(2)在MATLAB中建立帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)；(3調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，確定最佳調(diào)節(jié)參數(shù)。將Simulink仿真模型，以及啟動過程中的電流、轉(zhuǎn)速波形圖附在設(shè)計說明書中。比較帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)和不帶電流截止負反饋環(huán)

3、節(jié)啟動過程的差異。4設(shè)計要求1.穩(wěn)態(tài)指標：轉(zhuǎn)速無靜差；2.動態(tài)指標：啟動電流的最大值150 A?？蛰d啟動到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n15%。4 設(shè)計基本內(nèi)容4.1問題的提出在轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)中存在一個問題，在啟動、制動過程和堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時，電樞電流會過大。為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。引入電流負反饋，可以使它不超過允許值。但這種作用只應(yīng)在起動和堵轉(zhuǎn)時存在，在正常的穩(wěn)速運行時又得取消，讓電流隨著負載的增減而變化。這樣的當(dāng)電流大到一定程度時才出現(xiàn)的電流負反饋，叫做電流截止負反饋。4.2電流截止負反饋環(huán)節(jié)為了實現(xiàn)截止負反饋，必須在系統(tǒng)中引入

4、電流負反饋截止環(huán)節(jié)。電流負反饋截止環(huán)節(jié)的具體線路有不同形式，但是無論哪種形式，其基本思想都是將電流反饋信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后去和一個比較電壓Ucom進行比較。最簡單的是在電動機電樞回路串入一個小阻值的電阻Rs，IdRs是正比于電流的電壓信號，用它去和比較電壓Ucom進行比較。當(dāng)IdRsUcom，電流負反饋信號Ui起作用，當(dāng)IdRsUcom，電流負反饋信號被截止。比較電壓Ucom可以利用獨立的電源，在反饋電壓IdRs和比較電壓Ucom之間串接一個二極管組成電流負反饋截止環(huán)節(jié)，如圖1所示；也可以利用穩(wěn)壓管的擊穿電壓Ubr作為比較電壓，組成電流負反饋截止環(huán)節(jié)，如圖2所示。 圖1 利用獨立直流電源作

5、比較電壓 圖2 利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓 4.3帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及原理圖如圖3和圖4KpKs1/CeRsRUfnUfiUgnIdRs-UbjnUcUnUdoUbj圖3 帶電流截止負反饋的閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖4 含電流截止負反饋的轉(zhuǎn)速負反饋原理圖4.4PI調(diào)節(jié)器參數(shù)計算閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計算1）額定負載時的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為: 150r/min2）閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開環(huán)放大系數(shù)：計算電動機的電動勢系數(shù)：0.2125V.min/r開環(huán)系統(tǒng)額定速降為：152.9r/min閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為：0.0193）計

6、算轉(zhuǎn)速負反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為：0.01V.min/r 4)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性計算：電樞回路的總電感為15mH系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)：電磁時間常數(shù)Tl:0.03S機電時間常數(shù)Tm:0.0386S晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)Ts:0.00167S計算出開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件為K24.5，又因為K=0.019，所以系統(tǒng)穩(wěn)定。6) PI調(diào)節(jié)器設(shè)計原始系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 由于Tm4Ts因此分母中的二次項可以分解成兩個一次項之積，T1=0.0386S，T2=0.03S， 原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函:參數(shù)計算： 0.03 PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 Wpi(s)= (0.0384s+1) 0.03s

7、4.4電流截至負反饋環(huán)節(jié)參數(shù)計算由上面兩個公式聯(lián)立可得：Ucom=15VRs=0.1387.心得體會通過本次設(shè)計，我了解了帶電流截止負反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理，熟悉組成環(huán)節(jié)及每個環(huán)節(jié)的作用。熟悉了對MATLAB軟件的運用，在每個環(huán)節(jié)的參數(shù)運算及設(shè)定中，更進一步的理解了課堂所學(xué)知識，更對帶電流截止負反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用和工作原理有了本質(zhì)上的認識。加強了自己的思考與動手能力。在大學(xué)的課堂的學(xué)習(xí)只是在給我們灌輸專業(yè)知識，指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)的方向。如果我們想把所學(xué)的用到我們現(xiàn)實的生活中去，則必須要有扎實的理論基礎(chǔ)，此次的設(shè)計為我奠定了一個理論基礎(chǔ)，附錄資料：MATLAB Cell

8、函數(shù)使用技巧談?wù)凪ATLAB中cell函數(shù)如果p為一個數(shù)，那么h(1)=p,是沒有問題的。如果p為一個向量，那么h(1,:)=p是沒有問題的。如果p是一個矩陣的話，上面的兩種賦值方法都是會有錯誤的。那么要如何處理呢？這時就用到了cell數(shù)據(jù)類型了。cell的每個單元都可以存儲任何數(shù)據(jù)，比如傳遞函數(shù)等。當(dāng)然，存儲矩陣更是沒有問題的了。但是用cell數(shù)據(jù)類型之前，要先初始化。a=cell(n,m)那么就把a初始化為一個n行m列的空cell類型數(shù)據(jù)。如何賦值呢？a1,1=rand(5)那么a的1行1列的單元中存儲的就是一個隨機的55的方陣了。那么要用第一個單元中的方陣中的某個值呢？可以如下引用：a1

9、,1(2,3)就可以了，引用cell單元時要用,再引用矩陣的某個數(shù)據(jù)就要用()了。cell單元中的每個單元都是獨立的，可以分別存儲不同大小的矩陣或不同類型的數(shù)據(jù)。下面舉個例子：a=cell(2,2);%預(yù)分配a1,1=cellclass;a1,2=1 2 2;a2,1=a,b,c;a2,2=9 5 6;a1,1ans =cellclassa1,2ans = 1 2 2a2,:ans =abcans = 9 5 6 b=a1,1b =cellclass元胞數(shù)組：元胞數(shù)組是MATLAB的一種特殊數(shù)據(jù)類型，可以將元胞數(shù)組看做一種無所不包的通用矩陣，或者叫做廣義矩陣。組成元胞數(shù)組的元素可以是任何一種數(shù)

10、據(jù)類型的常數(shù)或者常量，每一個元素也可以具有不同的尺寸和內(nèi)存占用空間，每一個元素的內(nèi)容也可以完全不同，所以元胞數(shù)組的元素叫做元胞（cell）。和一般的數(shù)值矩陣一樣，元胞數(shù)組的內(nèi)存空間也是動態(tài)分配的。（1）元胞數(shù)組的創(chuàng)建 a=matlab,20;ones(2,3),1:10a = matlab 20 2x3 double 1x10 double b=matlab,20;ones(2,3),1:10b = matlab 20 2x3 double 1x10 double c=10c = 10c(1,2)=2c = 10 2c(2,2)=5c = 10 2 5isequal(a,b)ans = 1wh

11、osName Size Bytes Class Attributesa 2x2 388 cell ans 1x1 1 logical b 2x2 388 cell c 2x2 208 cell 用cell函數(shù)創(chuàng)建元胞數(shù)組，創(chuàng)建的數(shù)組為空元胞。cell函數(shù)創(chuàng)建空元胞數(shù)組的主要目的是為數(shù)組預(yù)先分配連續(xù)的存儲空間，節(jié)約內(nèi)存占用，提高執(zhí)行效率。 a=cell(1)a = b=cell(1,2)b = c=cell(3,3)c = d=cell(2,2,2)d(:,:,1) = d(:,:,2) = whosName Size Bytes Class Attributesa 1x1 4 cell ans

12、 1x1 1 logical b 1x2 8 cell c 3x3 36 cell d 2x2x2 32 cell （2）元胞數(shù)組的數(shù)據(jù)獲得從元胞數(shù)組中讀取數(shù)據(jù)，可保存為一個標準的數(shù)組或一個新的單元數(shù)組，或取出數(shù)組進行計算。元胞數(shù)組中數(shù)據(jù)的訪問，可通過元胞內(nèi)容的下標進行，用元胞數(shù)組名加大括號。大括號中數(shù)值表示元胞的下標。如a1，2表示元胞數(shù)組中第一行第二列的元胞。 a=20,matlab;ones(2,3),1:3a = 20 matlab 2x3 double 1x3 doublestr=a(1,2)str = matlabclass(str)ans =cellstr=a1,2str =ma

13、tlabclass(str)ans =char（）和有著本質(zhì)的區(qū)別，大括號用于表示元胞的內(nèi)容，小括號表示指定的元胞。a = 20 matlab 2x3 double 1x3 doublea2,1(2,2)ans = 0.9134a2,1(2,3)ans = 0.0975a1,2(2)ans =a使用元胞的下標，可將一個元胞數(shù)組的子集賦值給另一個變量，創(chuàng)建新的元胞數(shù)組。 a=1,2,3;4,5,6;7,8,9a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 b=a(2:3,2:3)b = 5 6 8 9 c=a(1:3,2:3)c = 2 3 5 6 8 9本例使用元胞下標的方式創(chuàng)建了新的元胞數(shù)組b和

14、c，通過結(jié)果看出b和c就是元胞數(shù)組a的一部分。（3）元胞數(shù)組的刪除和重塑要刪除單元數(shù)組中的行或列，可以用冒號表示單元數(shù)組中的行或列，然后對其賦一個空矩陣即可。a=20,matlab;ones(2,3),1:3a = 20 matlab 2x3 double 1x3 doublea(1,:)=a = 2x3 double 1x3 double a=20,matlab;ones(2,3),1:3;a1=a = matlab 2x3 double 1x3 doublea(1)=a = 2x3 double matlab 1x3 doublea(2)=a = 2x3 double 1x3 double

15、a(1,2)=? A null assignment can have only one non-colon index.a(1)=a = 1x3 double元寶數(shù)組和其他數(shù)組一樣，也可以通過reshape函數(shù)改變形狀，改變后的元胞數(shù)組與原元胞數(shù)組的元素個數(shù)相同，不能通過改變形狀來添加或刪除元胞數(shù)組中的元素。 a=cell(4,4)a = size(a)ans = 4 4 b=reshape(a,2,8)b = size(b)ans = 2 8（5）元胞數(shù)組中的操作函數(shù) cell：創(chuàng)建空的元胞數(shù)組cellfun：為元胞數(shù)組的每個元胞執(zhí)行指定的函數(shù)celldisp：顯示所有元胞的內(nèi)容cellp

16、lot：利用圖形方式顯示元胞數(shù)組 cell2mat：將元胞數(shù)組轉(zhuǎn)變成為普通的矩陣 mat2cell：將數(shù)值矩陣轉(zhuǎn)變成為元胞數(shù)組 num2cell：將數(shù)值數(shù)組轉(zhuǎn)變成為元胞數(shù)組 deal：將輸入?yún)?shù)賦值給輸出 cell2struct：將元胞數(shù)組轉(zhuǎn)變成為結(jié)構(gòu) struct2cell：將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樵麛?shù)組iscell：判斷輸入是否為元胞數(shù)組 a=20,matlab,3-7i;ones(2,3),1:3,0a = 20 matlab 3.0000 - 7.0000i 2x3 double 1x3 double 0 b=cellfun(isreal,a)b = 1 1 0 1 1 1 c=cellfun(

17、length,a)c = 1 6 1 3 3 1 d=cellfun(isclass,a,double)d = 1 0 1 1 1 1（函數(shù)的應(yīng)用）cellfun函數(shù)的主要功能是對元胞數(shù)組的元素（元胞）分別指定不同的函數(shù)，不過，能夠在cellfun函數(shù)中使用的函數(shù)ushuliang是有限的。能在cellfun中使用的函數(shù)：isempty：若元胞元素為空，則返回邏輯真islogical：若元胞元素為邏輯類型，則返回邏輯真isreal：若元胞元素為實數(shù)，則返回邏輯真 length：元胞元素的長度ndims：元胞元素的維數(shù)prodofsize：元胞元素包含的元素個數(shù)（7）元胞數(shù)組的嵌套元胞數(shù)組的元胞

18、中包含其他的元胞數(shù)，稱為嵌套元胞數(shù)組，沒有嵌套結(jié)構(gòu)的元胞則稱為頁元胞。使用嵌套的大括號或cell函數(shù)，或直接用賦值表達式，都可以創(chuàng)建嵌套單元數(shù)組，另外還可以訪問嵌套元胞數(shù)組的子數(shù)組、元胞或元胞的元素。 a=cell(1,2)a = a(1,2)=cell(2,2)a = 2x2 cella(1,1)=magic(3);a1,2(1,1)=1 2 3;4 5 6;7 8 9;a1,2(2,1)=2-i;4+7i;a1,2(2,2)=cell(1,2);a1,22,2(2)=5;cellplot(a)（8）元胞數(shù)組與數(shù)值數(shù)組間的轉(zhuǎn)化應(yīng)用循環(huán)，可以將元胞數(shù)組轉(zhuǎn)化為數(shù)值數(shù)組。2010-11-08 12:06:44zz: /Lifehacker/archive/2010/05/15/matlab_cell_mode.htmlMatlab Cell功能最近完成模式分類的作業(yè)，需要大量使用matlab,期間發(fā)現(xiàn)了一個問題，是matlab代碼的復(fù)用程度。在面向過程編程里，基本的復(fù)用單位是函數(shù)，程序的復(fù)雜度籍此下放到函數(shù)的接口上。設(shè)計好函