機(jī)電控制系統(tǒng)基于MATLAB的直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

1、機(jī)電控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)課程大作業(yè)一基于matlab的直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班級：0808108學(xué)號：1080810812姓名：林珍坤一、 設(shè)計(jì)參數(shù)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，采用雙極式h橋pwm方式驅(qū)動。電機(jī)參數(shù)：額定功率 200w；額定電壓 48v；額定電流 4a；額定轉(zhuǎn)速 500r/min；電樞回路總電阻 r=8；允許電流過載倍數(shù) =2；電勢系數(shù)ce=0.04v·min/r；電磁時間常數(shù)tl=0.008s；機(jī)電時間常數(shù) tm=0.5；電流反饋濾波時間常數(shù)toi=0.2ms；轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)ton=1ms要求轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

2、和電流調(diào)節(jié)器的最大輸入電壓u*nm=u*im=10v；兩調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓為10v；pwm功率變換器的的開關(guān)頻率f=10khz；放大倍數(shù)k=4.8；動態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差；電流超調(diào)量5%；空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量25%；過渡過程時間ts=0.5s。二、 設(shè)計(jì)計(jì)算1. 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算根據(jù)兩調(diào)節(jié)器都選用pi調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)態(tài)時電流和轉(zhuǎn)速偏差均應(yīng)為零；兩調(diào)節(jié)器的輸出限幅值均選擇為12v電流反饋系數(shù)；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：2. 電流環(huán)設(shè)計(jì)（1）確定時間常數(shù)電流濾波時間常數(shù)t=0.2ms，按電流環(huán)小時間常數(shù)環(huán)節(jié)的近似處理方法，則（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)電流環(huán)可按典型型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。電流調(diào)節(jié)器選用p

3、i調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為（3）選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)超前時間常數(shù)：=t=0.008s電流環(huán)超調(diào)量為5%，電流環(huán)開環(huán)增益：應(yīng)取，則=1666.67于是，電流調(diào)節(jié)器比例系數(shù)為（4）檢驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率=1666. 67 1/s1） 近似條件1： 現(xiàn)在，=3333.33>，滿足近似條件。2）近似條件2：現(xiàn)在，=47.43 <，滿足近似條件。3） 近似條件3：現(xiàn)在，=2357.02>，滿足近似條件。（5） matlab仿真未經(jīng)過小參數(shù)環(huán)節(jié)合并的電流環(huán)單位階躍響應(yīng)未經(jīng)過小參數(shù)環(huán)節(jié)合并的電流環(huán)頻率響應(yīng)源程序>> sys1=tf(1,0.0002 1);>> sys2=

4、tf(1,0.0001 1);>> sys3=tf(1666.67,1 0);>> figure(1);>> margin(sys1*sys2*sys3);>> hold on>> figure(2)>> closys1=sys1*sys2*sys3/(1+sys1*sys2*sys3);>> t=0:0.001:0.08;>> step(closys1,t);>>grid on; 經(jīng)過小參數(shù)環(huán)節(jié)合并的電流環(huán)單位階躍響應(yīng)經(jīng)過小參數(shù)環(huán)節(jié)合并的電流環(huán)頻率響應(yīng)源程序>> sys1=

5、tf(1,0.0003 1);>> sys2=tf(1666.67,1 0);>> figure(3);>> margin(sys1*sys2);>> hold on>> figure(4)>> closys2=sys1*sys2/(1+sys1*sys2);>> t=0:0.001:0.08;>> step(closys2,t);>> grid on3. 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)（1）確定時間常數(shù)電流環(huán)的等效時間常數(shù)：2=0.0006s轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)：t=1ms=0.001，轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處

6、理：=2+ t=0.0006+0.001=0.0016s（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無靜差要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中必須包含積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)要求，應(yīng)該按典型型系統(tǒng)校正轉(zhuǎn)速環(huán)，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器應(yīng)該選擇pi調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為（3）選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)因要求超調(diào)量小于等于百分之二十五，取h=10，則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)為=h·t=100.0016=0.016s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益=21484 1/于是，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器比例系數(shù)為=53.71（4）校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)截止頻率為=·=214840.016=344 1/s1)近似條件1： 現(xiàn)在，=666. 67>，滿足近似條件。2） 近

7、似條件2：現(xiàn)在，=430.33 >，滿足近似條件。（5）matlab仿真未經(jīng)過小參數(shù)環(huán)節(jié)合并的轉(zhuǎn)速環(huán)單位階躍響應(yīng)未經(jīng)過小參數(shù)環(huán)節(jié)合并的轉(zhuǎn)速環(huán)頻率響應(yīng)源程序>> sys1=tf(1,0.0006 1);>> sys2=tf(21484,1 0);>> sys3=tf(0.016 1,1 0);>> sys4=tf(1,0.001 1);>> figure(7);>> margin(sys1*sys2*sys3*sys4);>> hold on>> figure(8)>> closys

8、4=sys1*sys2*sys3*sys4/(1+sys1*sys2*sys3*sys4);>> t=0:0.001:0.08;>> step(closys4,t);>> grid on經(jīng)過小參數(shù)環(huán)節(jié)合并的轉(zhuǎn)速環(huán)頻率響應(yīng)經(jīng)過小參數(shù)環(huán)節(jié)合并的電流環(huán)單位階躍響應(yīng)源程序>> sys1=tf(1,0.0016 1);>> sys1=tf(1,1 0);>> grid on>> sys1=tf(1,0.0016 1);>> sys2=tf(21484,1 0);>> sys3=tf(0.016 1

9、,1 0);>> figure(5);>> margin(sys1*sys2*sys3);>> hold on>> figure(6)>> closys3=sys1*sys2*sys3/(1+sys1*sys2*sys3);>> t=0:0.001:0.08;>> step(closys3,t);>> grid on三、 仿真結(jié)果分析：根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果的模擬仿真，可以得到設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速無誤差?？梢钥闯觯鹤鳛閮?nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較