自动化专业综合实验1报告

安徽工程大学机电学院自动化专业实验报告实践内容：综合实验1姓名：***班级:自动化学号:**********指导老师:***、***、***2013年6月实验报告—自动化专业综合实验1PAGE19目录matlab－电机控制综合仿真实验一任务一：利用Simpowersystem里面自带的DC电机模块，完成他励直流电机单闭环调速仿真，速度调节用PI控制方法，要求封装PI模块，给定速度100rad/s，负载由空载到1s时跳变到20N。调节不同的PI参数，观察仿真结果总结速度波形、转矩波形的变化规律（PI参数和超调量、稳定时间、稳态误差、振荡次数）。另外要求将scope图中的4条曲线参数导出到工作空间，并用subplot和plot函数画在同一个窗口中，每个子图加上对应的标题。写报告时必须包含仿真模型图和绘制的曲线图。二.实验步骤：1.在matlab7.1中新建model文本并打开simulink依次找到所需的模块拖到model文本中。2.将各模块按照实验要求进行连接，并修改相应的参数和元件内容。3.封装pi控制器子系统，按下图搭建pi控制器并创建子系统，然后封装在更改kp，ki的值。（如下图所示）图11PI子系统kp,ki赋初值4.封装‘电机’控制器子系统。。5。将数据导出到workspace中，在simlink中找到ToWorkspace将示波器及反馈数据导出到工作空间并在model文本中运行，通过示波器观察相应的波形。三.实验电路图：图12实验的电路图电机相关参数如下：图13电机相关参数图仿真电路图运行结果如下图所示：图14运行结果图（示波器图形）、matlab－电机控制综合仿真实验二任务二：利用Simulink基本模块搭建他励直流电机闭环调速系统直流电机子模块，根据以下电机数学模型搭建电磁转矩公式：动力学平衡方程：电机模块要求封装，参数，，，，恒定负载Tl=20N点击封装模块时输入。PI控制模块要求封装，调节不同的PI参数，得到不同的速度波形。写报告时，要给出仿真模型和不同PI参数的速度波形。找到较理想的PI参数，为下个任务做准备。二.实验步骤：1.在matlab7.1中新建model文件并在simulink中找到相应的模块拖到model文件中。2.搭建电机DCmotor模块，按照任务所给的方程搭建电路如下：图21电机封装子系统图3.修改pi控制器的参数，然后调试成功后在simulink中找到ToWorkspace将示波器将数据导出到工作空间。注意将ToWorkspace中saveformat改为array以便于可以导出到工作空间。（如下图所示）图22PI子系统kp,ki赋初值4.调试运行，观察示波器的图像，直到找到最好的状态。5.电机子系统参数设置（如下图所示）：图23电机子系统参数设置三.实验电路图：图24实验电路图四.实验数据图（仿真电路示波器图形）：图25仿真电路示波器图形matlab－电机控制综合仿真实验三任务三：修改任务二的模型，使其PI控制参数来自外部变量设定，将速度偏差的仿真结果导出到工作空间（toworkspace），用m文件编写一段循环程序调用任务二的仿真模型（调用函数为sim，使用方法sim(‘*.mdl’，T)，T为仿真时间），仿真时间设为3s。在m文件中实现对PI参数的调整，处理数据，得到满意的控制参数，绘制仿真结果曲线图。M文件中包含：设定PI参数――调用仿真模型――速度偏差的最大值不超过105在2s后小于某个设定值0.001，――不满足，则修改PI参数（用循环的方式修改，Kp在0.5左右变化，Ki在3左右变化）……最后用plot画出速度和转矩波形，用subplot将两个图画在一个窗口。求数组长度函数length()，最大值函数max()，subplot，plot实验步骤：.打开matlab7.1软件，找到并打开上次实验的model文件根据这次的实验要求需要修改pi控制器，按照下图修改（所需的模块在simulink中找到，然后将pi控制器做成子系统并修改输入输出的名称）：图31PI控制器子系统2.搭建电机DCmotor模块，按照任务所给的方程搭建电路如下：图32电机封装子系统图3.电机子系统参数设置（如下图所示）：图33电机子系统参数设置4.将实验数据到出到workspace，在simulink中找到ToWorkspace，修改ToWorkspace属性saveformat全部改为array，并重新命名。用m文件对PI参数进行调整，在file中找到新建m文件然后输入以下程序(并用plot画图)：程序如下所示：clearclcclfsum=0esp=0.01forkp=0.2:0.1:0.8forki=2:10sim('untitled.mdl',3)n=length(err)ave=mean(err(n-99:n))ifave<espbreakendendendsubplot(211);plot(t,w,'r'),title('zhuansu')subplot(212);plot(t,te,'b'),title('zhuanju')运行程序，结果见图36转速和转矩波形图实验电路图：图34实验电路图二：实验仿真电路中示波器图形：图35仿真电路中示波器图形实验数据图（运行程序后的转速和转矩波形图）：图36转速和转矩波形图matlab－电机控制综合仿真实验四任务四：异步电机调速方法仿真从Help－Demos－SimPowerSystems－GeneralDemos中调出ACMotorDrive-VectorControl(discrete)（power_acdrive.mdl）和AsynchronousMachine（power_pwm.mdl），运行看看结果，并找到相应的模块在哪，并试着自己建立同样的模型；改变控制器参数，得出不同的结果，并分析不同参数对跟踪结果的影响。实验步骤：打开matlab7.1软件按照实验任务要求依次找到相应的模块（如下图所示），并找出三相异步电机矢量控制仿真系统的相应的模块，在matlab7.1软件中新建一个model文件根据ACMotorDrive-VectorControl(discrete)（power_acdrive.mdl）和AsynchronousMachine（power_pwm.mdl）所给的电路图建立两个完全相同的ACMotorDrive-VectorControl(discrete)（power_acdrive.mdl）和AsynchronousMachine（power_pwm.mdl）系统。图41AC图42AsynchronousMachine（power_pwm.mdl）Protel－综合仿真实验一任务一：绘制一个简单的原理图新建一原理图文件（file－new－schematicdocument），加载miscellaneousdevices.ddb库文件，将所有需要的元件place到原理图中，排列元件，用导线连接（连线前，用菜单tools－pereferences－schematic将options选项卡中Auto-junction打钩，这样在“T”型交叉处就会自动产生节点，但十字交叉处仍然需要手动添加），添加节点，元件编号等等，完成原理图绘制。二,实验步骤：打开protell99软件，新建原理图文件按照file－new－schematicdocument建立，然后给文件命名并保存。加载是按所需的库文件miscellaneousdevices.ddb在tools工具选项里找到添加库文件并找到所需的库文件进行添加。放置元器件，在库文件里找到实验要求中相应的元器件place到原理图中，添加完所有的元器件后按适当的位置排列好用（即导线）连接元器件。封装所有元器件，选中元器件右击在footprint里填写封装内容。封装内容如下所示：编号封装元件库名R1、R2、R3、R4、R5AXIAL0.4RES2RwVR3POT2AR1、AR2DIP6OPAMPD1、D2DIODE0.4DIODETUNNELC1005CAP三，实验绘制的原理图：图11实验绘制的原理图Protel－综合仿真实验二任务二：新建原理图库文件（file－new－schematiclibrarydocument），绘制两个元件（NPN三极管和JK触发器）二,实验步骤：打开实验软件protell99,新建原理图库文件按照file－new－schematiclibrarydocument顺序建立新的库文件，然后给文件命名并保存。绘制原件图：实验要求绘制NPN,和JK触发器的原件图。先绘制NPN原件图用绘图工具栏的画弧画一个圆，然后用线画竖线和斜线双击后可以调节线的粗细粗一些。画三角行时用多边形绘制命令绘制再更改填充颜色，绘制三条引脚时应该使用软件里的，放置引脚注意引脚的方向调整方向可以用鼠标左击不放同时按空格键进行方向的改变。绘制JK触发器选择添加新原件弹出新的绘图窗口，目的是将绘制的JK和NPN原件放在同一个库里。然后用画图工具画JK触发器并在属性里修改名称。三,实验绘制的原件图：NPNJK触发器图21NPN和JK触发器图Protel－综合仿真实验三任务三：新建PCB文件（file－new－PCBdocument）绘制任务一中原理图的PCB图二,实验步骤：打开protell99软件，按照File—New——双击Document文件夹——File—New——双击PCBDocument——给PCB文件命名——双击该文件名，建好新的PCB文件。在第一次绘制的原理图中添加元件封装，经电气检查无误后生成网络表。在PCB绘制窗口按照Design—Loadnets—Execute导入网络表。这样就把元器件导入到PCB里，调整原件位置再进行布线。布线：选择自动布线选择全部，软件会自动按照一定的要求自动布线。三,实验绘制的PCB图：如下图所示：图31绘制的PCB图Protel－综合仿真实验四任务四：新建PCB库文件（file－new－PCBlibrarydocument）绘制任务二中两个元件的封装实验步骤：打开protell99软件，建立一个PCB文件。绘制原件图：在PCB绘制窗口绘制出实验要求的原件图，按要求调整原件的大小和焊点的大小位置，最终的到如下图所示：实验绘制的PCB图：三极管NPNJK触发器图11实验绘制的PCB图Protel－综合仿真实验五任务五：绘制层次原理图，将下面的原理图分成两个模块建立层次原理图。二,实验步骤：1打开protell99软件，建立一个PCB文件。2绘制原件图：在PCB绘制窗口绘制出实验要求的原件图，placesheetsymbol放置方块图AddSheetEntry放置图纸入口，双击端口定义端口输入输出、左右指向等属性3绘制子系统原理图Design菜单――creatsheetfromsymbol――点击子系统――弹出窗口点No――在弹出的新原理图窗口中绘制子系统原理图，类似matlab封装。（如下图所示：）上层原理图中放置下层原理图图11实验绘制的PCB图实验小结：为期两周的自动化专业综合实验圆满结束了，通过本次综合实验我们学到了很多课本上无法学到的知识，作为当代大学生更应该注重理论与实践