控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真

1、控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(xué)與技術(shù)部 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí) ： 11Q電 氣7 班 學(xué) 號(hào) ： 201124390708 指導(dǎo)教師： 姚洪平 目錄一.仿真軟件的選用11.1 MATLAB簡(jiǎn)介11.2 對(duì)SIMULINK的簡(jiǎn)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(shè)置2四.仿真結(jié)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(jié)8六.參考文獻(xiàn)9七.致謝9一.仿真軟件的選用1.1 MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主

2、要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)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(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)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(yīng)用于工程

3、計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、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(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)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(qiáng)大功能，利用仿真，以及仿真出的結(jié)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(yùn)行現(xiàn)象。1.2 對(duì)SIMULINK的簡(jiǎn)介Simulink是MATLAB最重要的組件之一

4、，它提供一個(gè)動(dòng)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(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)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(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simuli

5、nk可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)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(jié)果。 Simulink®是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)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(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。. 構(gòu)架在Simu

6、link基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB® 緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(jìn)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(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。 特點(diǎn)豐富的可擴(kuò)充的預(yù)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(shè)計(jì)功能的層次性來分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理 通過Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、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Embe

7、dded 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(yùn)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(yùn)行或以編譯C代碼的形式來運(yùn)行模型 圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為 可訪問MATLAB從而對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號(hào)參數(shù)和測(cè)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(cuò)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(dòng)機(jī)

8、：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(shí)間常數(shù)：=0,。00167s，=0.075s轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=0.01V·min/r三.仿真模型圖及參數(shù)設(shè)置進(jìn)入MATLAB界面，單擊工具欄中的SIMULINK圖標(biāo)，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(biāo)或選擇FileNewModel菜單項(xiàng)打開模型編輯窗口。2、復(fù)制相關(guān)模塊：圖2中的左邊模塊為所需的子模塊庫圖標(biāo)，右邊為相應(yīng)子模塊庫里的子模塊。雙擊子模塊庫圖標(biāo)

9、，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(biāo)，在彈出的對(duì)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(biāo)左鍵單擊以連接各模塊。把相應(yīng)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(jié)果4.1 仿真過程1、仿真過程的啟動(dòng)：?jiǎn)螕裟Ｐ途庉嫶翱谥泄ぞ邫诘倪\(yùn)行按鈕或者選擇SimulationStart菜單項(xiàng)，可啟動(dòng)仿真過程，再雙擊Scope模塊就可以顯示仿真結(jié)果。如圖6所

10、示。 圖6 修改控制參數(shù)前的仿真結(jié)果2、 仿真參數(shù)的設(shè)置：為了清晰地觀測(cè)仿真結(jié)果，需要重設(shè)仿真參數(shù)。單擊SimulationConfiguration Parameters菜單項(xiàng)，將打開一個(gè)對(duì)話框，把其中的Stop time欄目默認(rèn)的結(jié)束時(shí)間從10.0修改為0.6s。保存，重新啟動(dòng)仿真過程，然后單擊Scope工具欄中的按鈕自動(dòng)刻度（Autoscale）,它會(huì)把當(dāng)前窗口中信號(hào)的最大值最小值為縱坐標(biāo)的上下限，從而得到圖7。 圖7修改控制參數(shù)后的仿真結(jié)果4.2調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)整在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)解器是為了改善系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。在采用了PI調(diào)節(jié)器之后，構(gòu)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)，

11、可以得到轉(zhuǎn)速響應(yīng)的超調(diào)量不一樣、調(diào)節(jié)時(shí)間也不一樣的響應(yīng)曲線。改變PI參數(shù)Kp，1/t，然后保存，重新進(jìn)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(jié)果圖，可以看出系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)無超調(diào)，但調(diào)節(jié)時(shí)間很長。 圖8 無超調(diào)的仿真結(jié)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(jié)果圖，可以看出系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)超調(diào)較大，但快速性較好。 圖9 超調(diào)量較大的仿真結(jié)果5. 總結(jié) 經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，我受益匪淺，加深了我對(duì)轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)這門課的認(rèn)識(shí)，也學(xué)到了與其相關(guān)的很多方面的知識(shí)。在這次設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題，對(duì)我是一次很大的考驗(yàn)，在老師和同學(xué)的幫助下，經(jīng)過反復(fù)的思考

12、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(shè)計(jì)。這次課程設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于得以解決。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)也使我明白了很多道理，畢業(yè)在即，在以后步入社會(huì)，同樣會(huì)遇到各種的問題，肯定不是一帆風(fēng)順的，關(guān)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(jìn)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(yuǎn)，越走越順，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能獲得成功。課程設(shè)計(jì)既是一門專業(yè)課，它給我?guī)砗芏鄬I(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)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(huì)，做學(xué)問如此，

13、做人亦是如此，這次設(shè)計(jì)讓我感觸很深。在這這次課程設(shè)計(jì)中，不僅培養(yǎng)了我獨(dú)立思考、動(dòng)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(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是以后無論在學(xué)習(xí)還是生活中都很實(shí)用的。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)?；仡櫰鸫苏n程設(shè)計(jì)，真是困難重重??！首先就是仿真軟件的選用以及使用，從一點(diǎn)也不會(huì)用到能一般的熟練應(yīng)用，就耗費(fèi)了我很長時(shí)間。還有就是一些具體的參數(shù)方面了，平時(shí)做事就愛馬虎，這次終于嘗到了苦頭，比如在設(shè)置調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)就多寫了一個(gè)零，然后結(jié)果就大不相同，后來發(fā)現(xiàn)后，及時(shí)設(shè)置正確。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，平時(shí)也沒有什么動(dòng)手的機(jī)會(huì)

14、，這次設(shè)計(jì)才知道自己的動(dòng)手能力欠缺太多了，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能成功。實(shí)驗(yàn)過程中，也讓我明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，設(shè)計(jì)的日子里學(xué)到了很多知識(shí)，也帶給我很多樂趣，團(tuán)結(jié)就是力量，只有互相之間學(xué)習(xí)，互補(bǔ)合作才能換來最終完美的結(jié)果。此次設(shè)計(jì)也讓我明白了思路即出路，有什么不懂的地方要及時(shí)尋求解決辦法，只要認(rèn)真思考，動(dòng)腦鉆研，勤于動(dòng)手，就沒有解決不了的問題。 六.參考文獻(xiàn)1 阮毅, 陳伯時(shí). 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)M. 4版. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.8.2 2006楊庚辰.自動(dòng)控制原理.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20053 阮毅, 陳伯時(shí).電力傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 J 電氣傳動(dòng)，19994 阮毅，陳維鈞.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)M.北京：清華大學(xué)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