自动化专业综合实验 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

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，

k i的值。（如下图所示）

图1---1PI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To Workspace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1---2实验的电路图

电机相关参数如下：

图1---3电机相关参数图

仿真电路图运行结果如下图所示：

图1---4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：e M a

T C I =Φ动力学平衡方程：e L m d T T B J dt

ω

ω--=电机模块要求封装，参数20.05kg m J =?，0.02N m s m B =??，165m C =，0.01Wb Φ=，恒定负

载T l =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2---1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To Workspace 将示波器将数据导出到工作空间。注意将To Workspace 中save format 改为array 以便于可以导出到工作空

间。（如下图所示）

图2---2PI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2---3电机子系统参数设置

三.实验电路图：

图2---4实验电路图

四.实验数据图（仿真电路示波器图形）：

图2---5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（to workspace），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：

1..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3---1PI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3---2电机封装子系统图

3.电机子系统参数设置（如下图所示）：

图3---3电机子系统参数设置

4.将实验数据到出到workspace，在simulink中找到To Workspace，修改To Workspace属性save format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：

clear

clc

clf

sum=0

esp=0.01

for kp=0.2:0.1:0.8

for ki=2:10

sim('untitled.mdl',3)

n=length(err)

ave=mean(err(n-99:n))

if ave

break

end

end

end

subplot(211);

plot(t,w,'r'),title('zhuansu')

subplot(212);

plot(t,te,'b'),title('zhuanju')

运行程序，结果见图3---6转速和转矩波形图

一.实验电路图：

图3---4实验电路图

二：实验仿真电路中示波器图形：

图3---5仿真电路中示波器图形

二.实验数据图（运行程序后的转速和转矩波形图）：

图3---6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－General Demos中调出AC Motor Drive-Vector Control(discrete)（power_acdrive.mdl）和Asynchronous Machine（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AC Motor Drive-Vector Control(discrete)（power_acdrive.mdl）和Asynchronous Machine（power_pwm.mdl）所给的电路图建立两个完全相同的AC Motor Drive-Vector Control(discrete)（power_acdrive.mdl）和Asynchronous Machine（power_pwm.mdl）系统。

图4---1AC Motor Drive-Vector Control(discrete)

图4---2Asynchronous Machine（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－schematic document），加载miscellaneous devices.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：

1.打开protell99软件，新建原理图文件按照file－new－schematic document建立，然后给

文件命名并保存。

2.加载是按所需的库文件miscellaneous devices.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。

3.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、R5AXIAL0.4RES2

Rw VR3POT2

AR1、AR2DIP6OPAMP

D1、D2DIODE0.4DIODE TUNNEL

C1005CAP

三，实验绘制的原理图：

2

图1---1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－schematic library document），绘制两个元件（NPN 三极管和JK触发器）

二,实验步骤：

1.打开实验软件protell99,新建原理图库文件按照file－new－schematic library document顺

序建立新的库文件，然后给文件命名并保存。

2.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，

3.

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。

4.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：

NPN JK触发器

图2---1NPN和JK触发器图

任务三：新建PCB文件（file－new－PCB document）绘制任务一中原理图的PCB图

二,实验步骤：

1.打开protell99软件，按照File—New——双击Document文件夹——File—New——双击

PCB Document——给PCB文件命名——双击该文件名，建好新的PCB文件。

2.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—Load nets—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。

3.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3---1绘制的PCB图

任务四：新建PCB库文件（file－new－PCB library document）绘制任务二中两个元件的封装

一.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，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：

二.实验绘制的PCB图：

三极管NPN JK触发器

图1---1实验绘制的PCB图

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，place sheet symbol放置方块图

Add Sheet Entry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――creat sheet from symbol――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1---1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的结合，实践出真知。在matlab和protel 的几个实验中通过上机操作和调试，对matlab和protel软件有了更进一步的认识。在指导老师的悉心教导下能够熟练的使用该软件进行一系列的电机仿真实验和电路板的绘制。

总的来说这两周的实验是收获丰厚的，受益很大的不单巩固的理论学习和软件的使用，同时也增加了我们解决问题的能力，虽然在实验过程中遇到过一些困难，但在指导老师的帮助下最终成功的完成实验的相关内容，让我们明白任何的成功都是来之不易的，永远也没有不劳而获的可能，只有通过自己的努力才能使自己受益更多。对我们以后的发展有着很大的帮助。