直流电动机转速自动控制系统实验报告

1、设计报告正文第一章直流电机转速自动控制系统的构成原理1.1广义对象的构成原理1.1.1被控制对象直流电动机的工作原理和被控制量1 .被控制对象：电机被控制量：电机的转速2 .直流电动机的原理：基于电磁感应定律，即运动导体切断磁力线，在导体上产生切断电位，或者转向链线圈的磁通变化，在线整体上产生感应电位。从n极下流向导体的电流流过纸面，用表示。从s极下流向导体的电流流过纸面，通电导体在磁场中显示出受到电磁力的作用。 设导体在磁场中的长度为l，流过其中的电流为I，有导体的磁通密度为b，导体受到的磁力值为F=BLI式，f的单位为牛顿_-输出nPSG(s=G )n(s=可去除噪声)1.2.1.2测试流

2、程和方法时域法：通过测量与特定输入信号对应的系统输出响应来确定系统的传递函数。用t1/t2的值推定结构形式t1/t20.32可以用一次惯性连杆近似的情况附加了G(S=，T=，e-ts (时间死区延迟)ii.0.32=T1 T2=(t1 t2/2.16 )T1T2/iii. t1/t2=0.46，G(S=K/(ToS 12，To=iv. t1/t20.46，G(S=K/(TS 1n，n=0.5)2 n是整数T=1.2.1.3测试结果曲线转速为2000转/分钟时的曲线：T1时刻3张屏幕：T2时的3张截图：N0 )和N)的截图：当前转速稳定值C)=1992稳定时间ts=0.11s0.8 c (- c

3、 (0) c (0=1660.4 ) c (- c (0) c (0=1074 )计算：如上所述，系统数学模型可以近似为二次惯性系统系统的闭环传递函数如下所示：系统的开环传递函数如下所示：第二章单闭环转速控制系统分析计算2.1没有校正闭环控制系统的结构图要创建简单模型，请1 :创建模型窗口。 2 )将功能模块从模块库窗口复制到模型窗口，连接模块，构成必要的系统模块。PS电压放大功率放大开关。直流电动机2.2未校正系统的稳定性分析一、未加校正时闭环系统的稳定性分析使用劳斯的判断：s2 0.00003949 1s1 0.037 0s0 0.037 0可以判断系统很稳定。二、未加校正时闭环系统的稳态

4、误差分析图2.1稳态误差分析图(1.峰值时间tp阶跃响应曲线第一次超过稳态值达到峰值所需的时间。(2.过冲量%步长超过稳定值的最大偏差量与稳定值之比的百分率，即%=100%式中，h是h(t的稳态值； 当h(=1时，超调量为%。通常，过冲量越大，系统的瞬态响应振动越强，因此，过冲量的大小在某种程度上反映了系统的振动的倾向。(3.调整时间ts响应达到稳定值的5%误差范围内而停留所需的最小时间。 调节时间也称为过渡过程时间。(4.延迟时间td响应曲线h .上升时间tr响应曲线第一次上升到稳态值所需要的时间称为上升时间。(6.稳态误差ess时间t变为无限时，将系统的稳态响应的期望值和实际值的差称为稳态

5、误差。 稳定误差与输入形式有关，因此这里采用一般的表现形式，用cr )表示输出稳定希望值，用c )表示输出稳定实绩值，稳定误差式如下ess=cr)- c )在上述6个性能指标中，延迟时间td、上升时间tr和峰值时间tp都表示系统响应的初始阶段的速度的调整时间ts表示系统的迁移过程持续的时间，整体反映系统的迅速性的过冲量%反映系统的响应过程的稳定性的稳定误差今后我们将重视谐波量、时间和稳态误差三个指标，分别评价以系统为单位的阶跃响应的平稳性、快速性和稳态精度。如果一些系统要求响应过程单调上升并接近期望值cr=c，即，要求%=0，ess=0，那么对系统的结构形式和要素，部件参数有严格的要求。因此，

6、根据情况的不同，稳定、标准、快速的要求也可以不同。 一般来说，相对于同一系统是稳定的，且准则和速度彼此受限。 提高过程的迅速性可能引起系统的强烈震动系统稳定性改善，过程可能慢，而且使用、稳定精度低，如何分析解决这些矛盾是本次课程设计的主要内容。2.3系统稳态误差计算ess=s=2000=10rad2.4系统的动态质量指标计算2.4.1用闭环零、极分布表计算要使传递函数成为零极式：这里，%=100%=0ess=10rad2.4.2用开环、表计算未修正的系统Bode图第三章转速控制系统的校正3.1校正方式的比较和选择选择PI校正：(1)添加负实根极，减少%，降低系统响应速度，增加tp。(2)增加负

7、实根零点，增加%，降低系统响应速度，减少tp。(3)闭环增益变化，对动态性能没有影响。4 )可以成比例地提高系统的增益。5 )加上积分的话，系统的调整时间会变慢。3.2用bode图选择串联校正装置的结构和参数如果比例控制系统的静差达不到设计要求，可以施加积分作用。 调整定时积分系数K1小，因此逐渐变强，如果观察输出，则系统的静差逐渐减少或消除，可以满足消除静差的速度。 注意此时的过冲量比原来大，所以请适当地减小比例系数Kp。3.3通过局部反馈校正选择校正装置的配置和参数第四章基于MATLAB/simulink的转速控制系统的仿真研究模拟操作方法用MATLAB/Simulink进行模拟计算。Si

8、mulink模块库概述1 .制作空白文件。2、模型窗口1 )信号源2连续模块3 )离散模块4 )函数和表5 )算术运算6 )非线性模块7 )导出点8 )信号和系统9 )子系统3 .将功能模块从模块库窗口复制到模型窗口，连接模块，构成必要的系统模型。4 .用示波器观察控制系统Simulink模拟结果转速自动控制系统的模拟程序4.1没有添加校正装置的转速控制系统的仿真分析计算单位阶跃响应MATLAB模拟从图中： ess=0、=0、ts=0.19s4.2增加串联校正装置时的转速控制系统设计模拟结果分析：从图中： ess=3.7%，=0 ts=0.16s因为向系统施加PI校正，所以从模拟结果看系统延迟

9、得到改善，并基本上消除了延迟链路，系统ts0.5s，%5%表示加法的修正装置改善了原始系统的质量指示符。 选定的参数基本上也符合要求，但出现了静态误差。 一般来说我们选择的参数都比实际值大。 这是机器和数据传输时发生的误差，可以忽略第五章转速控制系统校准装置的实现和系统运行调整5.1校准装置的实现5.1.1通过模拟运算放大电路实现电路图、电阻电容的预备选择)电路形式：5.1.2通过计算机编程实现校正装置的差分方程式)数字PS调整规则的数字化。PI微分方程职位：增量：5.2计算机控制系统的调试运行5.2.1模拟控制系统的调试运行5.2.1.1实验连接路线图5.2.1.2调试步骤将数学模型换成电动

10、机，将施加的补偿链路数学模型换成实际的电动机，加上原始记录的参数得到图像，观察是否与模拟的图像一致。5.2.1.3调试结果的分析(1)模拟不正确) :非法数据：错误的模拟图：(2)模拟不正确)非法数据：不正确的模拟图：(3)模拟正确：正确的数据：正确的模拟图：结果分析：修正后的电机转速图选择参数： Kp=1.2，Td=180msTi=0ms从图中： ess=0，=0ts=0.12s第六章结语6.1课程设计的收获和体会通过本次课程设计，更好地结合理论与实践，不断尝试校对，不断修改参数，掌握了PID校对的一般规律，加深了对理论知识的理解。 虽然自己的实验结果只能进行PS补正，但由于在实践过程中实践了PS、PS、PS补正，所以有了很大的收获。经过这次自动控制原理实验的学习，我对MATLAB的SIMLINK有了全新的认识，它是一个用于对动态系统进行建模、仿真和分析的包。 同时通过上课的学习，复习了SIMLINK各个环节的操作，掌握了改变步骤和算法的基本分析方法。作为整个学习系统的有机组成部分，课程设计预计在两周内进行，但并不具有绝对独立的意义。 其重要功能之一是活用学习成果，验证学习成果。 利用学习成果，掌握课程系统化的理论知识，应用于实际设计工作，从理论高度为设计工作现代化提出建议和想法。 验证学习成果，观察课程学习和实际工