单闭环
转速负反馈闭环调速系统Matlab仿真实验报告
学生姓名：侯宇翔班级：130230109 实验时间：2016.5.22
一．实验目的
1.了解单闭环转速负反馈调速系统的原理，及各部分组成。
2.熟悉单闭环转速负反馈调速系统的参数化及整定方法。
3.掌握单闭环转速负反馈调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。
二.实验内容
1．各控制单元调试。
2．测定电流反馈系数。
3．测定开环机械特性及闭环静特性。
4．闭环控制特性的测定。
5．观察、记录系统动态波形。
三．实验设备
计算机
四．实验原理
图1 单闭环系统的动态结构图
五．实验方法及步骤
1.绘制转速负反馈闭环调速系统仿真框图，确定参数。
直流电动机给定参数：额定功率Pn=17Kw，额定电压Un=220V,n=3000r/min,In=87.3A,Ra=0.087Ω，La=0.0032H,Rf=200Ω，UfN=224V,Laf=0.6055,J=0.76,Lf=120H.
111)(1)
1()1)(1(/)
1)(1(/1)1)(1(/)(s m 2s m 3s m e s
p m 2m s e s p m 2m s e s p m 2m s e
s p c +++++++++=++++=+++++++=s K T T s K T T T s K T T T K C K K K s T s T T s T C K K s T s T T s T C K K s T s T T s T C K K s W l l l l l l α 上式表明，将晶闸管触发和整流装置按一阶惯性环节近似处理后，带比例放大器的单闭环调速系统是一个三阶线性系统。
0111)(1s m 2s m 3s m =++++++++s K T T s K T T T s K T T T l l 经过整定后得到s m m s l l T T T K T T T <
++上式右边称作系统的临界放大系数 Kcr ，当 K ≥ Kcr 时，系统将不稳定。
对于一个自动控制系统来说，稳定性是它能否正常工作的首要条件，是必须保证的。 得Tl=L/R=0.0368s,Tm=GV*2R/375CeCm=0.0364,Ts=0.0167,为保证系统稳定，代入数据得K<218.4.
2.建立仿真模型。
3.仿真模型的运行，观察仿真波形的形状。
4.调节器参数的调整。
经过调试，得到最优Kp=350，Ki=30.
六．加入电压扰动，负载扰动和给定扰动之后得到的曲线如下。
1.K=100负载扰动曲线
2.K=100时电压幅值扰
动
3.K=100时给定扰动曲线
4.K=300负载扰动曲线
5.K=300时电压幅值扰动
6.K=300时电压幅值扰动
7.K=350时电压幅值扰动
8.K=350时给定扰动曲线
9.单闭环加负载扰动K=350
七．结论。
1.闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器（控制器）以及检测与反馈装置。闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。
2.反馈控制系统的规律是：一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。
3.引入转速负反馈并使放大倍数K 足够大，就可以减少稳态速降，满足系统的稳态要求。但是放大系数过大，会使闭环系统动态性能变差，甚至造成不稳定，因此有必要对系统进行动态性能的分析。
4.比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。有偏差就调节、控制输出保持等特性使得积分调节器能够实现无差调节。
课程设计单闭环直流电机控制系统
运动控制课程设计题目：单闭环直流电机控制系统 院系：工学院 专业：电气工程及其自动化 班级：电气工程1402 姓名：汤安琪 学号：201402012011 指导教师：王玮 二〇一七年二月
运动控制系统课程设计任务书 一、基本情况 学时：1周学分：1学分适应班级：电气工程1402 二、进度安排 本设计共安排1周，合计30学时，具体分配如下： 实习动员及准备工作： 2学时 总体方案设计： 4学时 硬件设计： 12学时 撰写设计报告： 8 学时 答辩： 4学时 教师辅导：随时 三、基本要求 1、课程设计的基本要求 运动控制系统课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括总体方案选择，硬件系统设计、硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。 2、课程设计的教学要求 运动控制系统课程设计课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到2节以上，或者迟到、早
退累计达到4次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期 间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每5-6名学生组成一个小组，完成一个 课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间 可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。 但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰 写设计报告，设计报告雷同率超过60%的课程设计考核按不及格处 理。 四、设计题目及控制要求 题目：单闭环直流电机控制系统 设计参数： （1）直流电机：12V 20W、U P N N ==、 1.5A I N =、 300r/min n N =、电枢电阻 4.5ΩR a =、电枢电感22a 15.68N.cm 6.76mH、GD L ==、30ms T m = （2）双闭环直流调速系统：N dm im *n 1.5I 5V、I 5V、U U ===、 5%σi ≤ 设计要求： (1)、根据题目的技术要求，分析并确定主电路的结构形式和闭 环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。 (2)、调速系统主电路元部件的确定及其参数的计算（包括电力 电子器件、平波电抗器与保护电路等） (3)、动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确 定调节器的结构形式及进行参数计算，使调节系统工作稳定，并满
双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验
双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验 魏小景张晓娇刘姣 （自动化0602班） 摘要：采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行设计，选择调节器结构，进行参数的计算和校验;给出系统动态结构图，建立起动、抗负载扰动的Matlab Simulink 仿真模型.分析系统起动的转速和电流的仿真波形 ,并进行调试 ,使双闭环直流调速系统趋于合理与完善。 关键词:双闭环调速系统;调节器;Matlab Simulink建模仿真 1.引言 双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在拖动领域中发挥着极其重要的作用。由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础，直流电机双闭环调速系统的工程设计主要是设计两个调节器。调节器的设计一般包括两个方面:第一选择调节器的结构,以确保系统稳定,同时满足所需的稳态精度. 第二选择调节器的参数,以满足动态性能指标。本文就直流电机调速进行了较系统的研究，从直流电机的基本特性到单闭环调速系统，然后进行双闭环直流电机设计方法研究，最后用实际系统进行工程设计，并采用Matlab/Sim-ulink进行仿真。 2.基本原理和系统建模 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置了两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串联连接. 把转速调节器ASR 的输出当作电流调节器ACR 的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置GT ,TA为电流传感器,TG 为测速发电机. 从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫做内环,转速调节环在外边叫做外环,这样就形了转速、 图1 直流电机双闭环调速系统的动态结构图
转速单闭环直流调速系统设计
郑州航空工业管理学院 电力拖动自动控制系统课程设计 07 级电气工程及其自动化专业 0706073 班级 题目转速单闭环的直流拖动系统 姓名 学号 指导教师孙标 二ОО十年月日
电力拖动自动控制系统课程设计 一、设计目的 加深对电力拖动自动控制系统理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计的能力。 二、设计任务 设计一个转速单闭环的直流拖动系统
题目：单闭环不可逆直流调速系统设计 1 技术指标 电动机参数：PN=3KW, n N=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路总电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 2 设计要求 （1）闭环系统稳定 （2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。 3 设计任务（1）绘制原系统的动态结构图； （2）调节器设计； （3）绘制校正后系统的动态结构图； （4）撰写、打印设计说明书。 4 设计说明书 设计说明书严格按**大学毕业设计格式书写,全部打印.另外,设计说明书应包括以下内容: (1)中文摘要 (2)英文摘要
目录 第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ············································································错误!未定义书签。第三章课程设计的目的和意义·············································································· - 1 -1．电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义·················································································· - 2 -第四章课程设计内容·························································································· - 2 -第五章方案确定 ································································································ - 3 - 5.1方案比较的论证 ······················································································ - 3 - 5.1.1总体方案的论证比较········································································ - 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较····································································· - 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较·································································· - 6 -第六章主电路设计····························································································· - 7 - 6.1主电路工作设备选择 ················································································ - 7 -第七章控制电路设计·························································································· - 8 -第八章结论 ·····································································································- 11 -第九章参考文献 ·······························································································- 11 -
单闭环直流调速系统
第十七单元 晶闸管直流调速系统 第二节 单闭环直流调速系统 一、转速负反馈直流调速系统 转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。 转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、测速发电机TG 等组成。 直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。 转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。 ASR 输出电压作为触发器移相控制电压Uc ，从而控制晶闸管变流器输出电压Ud 。 本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统。 1．转速负反馈调速系统工作原理及其静特性 设系统在负载T L 时，电动机以给定转速n1稳定运行，此时电枢电流为Id1，对应转速反馈电压为Ufn1，晶闸管变流器输出电压为Udl 。 n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ?+=+-=+-=0)(φ φφ 当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下降，则Ufn 也相应下降， 而转速给定电压Ugn 不变，ΔU=Ugn-Ufn 增加。 转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角α减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为： T L ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U ↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。 图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。
图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。 假设当负载电流为Id1时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。 当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由于电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点，转速只能相应下降。 但在闭环系统中有转速反馈装置，转速稍有降落，转速反馈电压Ufn就相应减小，使偏差电压△U增加，通过转速调节器ASR自动调节，提高晶闸管变流器的输出电压Ud0由Ud01变为Ud02，使系统工作在随线②机械特性上，使电动机转速有所回升，最后稳定在曲线②机械特性的B点上。 同理随着负载电流增加为Id3，Id4，经过转速负反馈闭环系统自动调节作用，相应工作在曲线③④机械特性上，稳定在曲线③④机械特性的C，D点上。 将A，B，C，D点连接起来的ABCD直线就是闭环系统的静特性。 由图可见，静特性的硬度比开环机械特性硬，转速降Δn要小。闭环系统静特性和开环机械特性虽然都表示电动机的转速-电流(或转矩)关系，但两者是不同的，闭环静特性是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)的静态关系，它只是闭环系统调节作用的结果，是在每条机械特性上取一个相应的工作点，只能表示静态关系，不能反映动态过程。 当负载突然增加时，如图所示由Idl突增到Id2时，转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降，然后随着Ud01升高为Ud02，转速n再回升到B点稳定运行，整个动态过程不是沿着静特性AB直线变化的。 2．转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析 对调速系统来说，转速给定电压不变时，除了上面分析负载变化所引起的电动机转速变化外，还有其他许多扰动会引起电动机转速的变化，例如交流电源电压的变化、电动机励磁电流的变化等，所有这些扰动和负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说，可以被转速检测装置检测出来，再通过闭环反馈控制减小它们对转速的影响。也就是说在闭环系统中，对包围在系统前向通道中的各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流的变化等)对被调量(如转速)的影响都有强烈的抑制作用。但是对于转速负反馈调速系统来说，转速给定电压Ugn的波动和测速发电机的励磁变化引起的转速反馈电压Ufn变化，闭环系统对这种给定量和检测装置的扰动将无能为力。为了使系统有较高的调速精度，必须提高转速给定电源和转速检测装置的精度。
直流电机双闭环PID调速系统仿真
目录 直流电机双闭环PID调速系统仿真 (1) 1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及工作原理 (2) 2 双闭环调速系统的动态数学模型 (2) 3 调节器的设计 (4) 3.1 电流调节器的设计 (4) 3.2 转速调节器的设计 (6) 4 搭建模型 (8) 5 参数计算 (10) 5.1 参数的直接计算 (10) 5仿真具体参数 (13) 6 仿真结果 (13) 7 结束语 (14) 8 参考文献 (16)
直流电机双闭环PID调速系统仿真 摘要 在工程的应用中，直流电动机的占有很大的比例，同时对于直流系统的调速要求日益增长。在直流调速系统中比较成熟并且比较广泛的是双闭环调速系统，本文对于直流双闭环的PID调速系统作简要的设计，同时利用Matlab/Simulink 仿真软件进行仿真处理。 关键词: 直流双闭环 PID调速 在现代化的工业生产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频率的无级快速起制动和反转等良好的动态性能，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求。在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。 开环直流调速由于自身的缺点几乎不能满足生产过程的要求，在应用广泛地双闭环直流调速系统中，PID控制已经得到了比较成熟的应用。 Matlab是目前国际上流行的一种仿真工具，它具有强大的矩阵分析运算和编程功能，建模仿真可视化功能Simulink是Matlab五大公用功能之一，他是实现动态系统仿真建模的一个集成环境，具有模块化、可重载、图形化编程、可视化及可封装等特点，可以大大提高系统仿真的效率和可靠性。Simulink提供了丰富的模型库供系统仿真使用，它的仿真工具箱可用来解决某些特定类型的问题，也包括含有专门用于电力电子与电气传动学科仿真研究的电气系统模型库。此外，用户可根据自己的需要开发并封装模型以扩充现有的模型库。新模型可以由现有的模型组合得到，也可以通过系统提供的s_function函数，利用Matlab 语言、C语言、C++语言、Fortran语言编程实现。
单闭环温度控制系统
单闭环温度控制系统实验 姓名: 徐天富 学号: 0707030115 班级:2007级自动化1班 实验指导老师：___万敏___ 成绩：____________________ 一、实验目的 1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3. 学习温度PID 控制参数的配置。 二、实验数据或曲线 1.实验数据表 实际温度T 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 50℃ 电压pv -1.018066 -1.187744 -1.346436 -1.514893 -1.647949 偏差ei 0.661934 0.492256 0.333564 0.165107 0.032051 控制量op 3.500 3.500 3.500 3.500 3.500 2.参考程序 dim pv,sv,ei,ex,ey,k,ti,td,q0,q1,q2,op,x,Ts,ux,tv sub Initialize(arg) WriteData 0 ,1 end sub sub TakeOneStep (arg) pv = ReadData(1) '当前测量值 sv=50 '设置温度 k=20 ti=5 td=0 Ts=0.1 '采样时间100ms ei=((sv-35)/30+1.18) -abs(pv) '当前偏差 q0=k*(ei-ex) '比例项 if Ti=0 then q1=0 else q1=K*Ts*ei/Ti '当前积分项 end if q2=k*td*(ei-2*ex+ey) /Ts '微分项 ey=ex ex=ei op=op+q0+q1+q2 if op>=3.5 then op=3.5 end if if op<=1 then op=1 end if tv=35+30*(abs(pv)-1.18) TTTRACE "温度=%f",tv '输出温度 TTRACE "op=%f",op TTRACE "ei=%f",ei TTRACE "pv =%f",pv WriteData op ,1 end sub sub Finalize (arg) WriteData 0 ,1 end sub
实验3 典型闭环系统的阶跃响应的仿真
实验3 典型闭环系统的阶跃响应的仿真 一、实验目的 1. 了解MATLAB 在仿真中的具体应用 2. 熟悉MATLAB 语言环境 3. 掌握M 文件的应用 二、实验步骤 1. 对控制系统的典型结构形式二次模型化,经一定方式把数学模型转化为便于在计算 机上运行的表达形式。 2. 讨论采用数值积分法求解系统响应的仿真程序实现,绘制仿真框图。 x 0t f t j k 1 1,++k k y x f t t =图3-1 典型闭环系统的仿真程序框图
3.编写MATLAB程序语句,实现对典型闭环系统的阶跃响应的仿真 Filename:sa.m 1)输入数据 a=[a0,a1,…,an]; %% n+1维分母系数向量 b=[b0,b1,…,bm]; %% m+1维分子系数向量 X0=[x0,x1,…,xn]; %% 状态向量初值 V=V0; %% 反馈系数 n=n0; %% 系统阶次 T0=t0; %% 起始时间 Tf=tf; %% 终止时间 h=h0; %% 计算步长 R=r; %% 阶跃输入函数的幅值 2)形成开、闭环系数阵 b=b/a(1); a=a/a(1); A=a(2:n+1); %% 首一化处理 A=[rot90(rot90(eye(n-1,n)));-fliplr(A)]; %%形成能控标准型A阵 B=[zeros(1,n-1),1]'; %%形成输入阵B m1=length(b); %%分子向量维数M+1 C=[fliplr(b),zeros(1,n-m1)]; %%形成输出阵C Ab=A-B*C*V; %%形成闭环系数阵 X=X0'; y=0; t=T0; %%设初值，准备开始递推运算 3）运算求解 N=round(Tf-T0)/h; %%确定输出点数 for i=1:N %%四阶龙格-库塔法 K1=Ab*X+B*R; K2=Ab*(X+h*K1/2)+B*R; K3=Ab*(X+h*K2/2)+B*R; K4=Ab*(X+h*K3)+B*R; %%求各次斜率K X=X+h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6; %%求状态 y=[y,C*X]; %%求输出并以向量形式保存 t=[t,t(i)+h]; end
双闭环系统仿真深入设计
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 控制系统数字仿真及C A D 实验报告 院系：电气工程及自动化 班级：0106512 设计者：王宏佳/张卫杰 学号：1010610108 哈尔滨工业大学电气工程系
2005年8月 摘要 本实验报告的第一部分详细阐述了直流电动机双闭环调速系统的CAD设计过程，主要采用了MATLAB/Simulink工具箱。 一般情况下，KZ-D系统均设计成转速、电流双闭环形式。双闭环直流调速系统着重解决了如下两方面的问题：启动的快速性问题和提高系统抗扰性能。 双闭环KZ-D系统中的ASR和ACR一般均采用PI调节器。为了获得较好的跟随性能，电流环按照典型Ⅰ型系统设计，为了获得较好的抗扰性能，转速环按照典型Ⅱ型系统设计。按照先内环，后外环的设计思想设计。 实验报告的第二部分着重讨论了基于 MATLAB/SimPowerSystem工具箱的双闭环直流调速系统仿真分析。
第一部分直流电动机双闭环调速系统设计及分析 自70年代以来，国内外在电气传动领域里，大量地采用了“晶闸管整流电动机调速”技术（简称KZ-D调速系统）。尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中KZ-D系统的应用还是占有相当比重的。 一般情况下，KZ-D系统均设计成转速、电流双闭环形式；“双闭环控制”是经典控制理论在实践中的重要运用，在许多实际生产实践中大量存在。无论是直流调速系统、龙门吊车系统还是一阶倒立摆的控制，都可以通过双闭环控制技术，来实现对控制对象的控制。因此理解双闭环控制技术的原理，掌握双闭环控制的设计方法，是工业控制领域技术人员的一项基本要求。 然而，由于双闭环控制技术所依赖的经典控制理论只能解决线性定常系统设计问题，而实际系统往往是非线性的；所以，设计时要进行线性化等近似处理，由此而引起的模型不准确问题将会影响到设计参数的选取（这种影响有时会导致3～5倍的误差），这给实际系统的调试带
实验十五 单闭环温度恒值控制系统
实验十五单闭环温度恒值控制系统 一、实验目的 1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3．学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1．THBCC-1型信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台 2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根) 3．PC机1台(含软件“THBCC-1”) 三、实验原理 1．温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2．温度测量端（温度反馈端） 温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为Rt＝R0（1＋at＋bt2） 式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻； t――任意温度；a、b――为温度系数。 该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。 4．温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结构，却是大同小异，都有相同的工作原理，共同的结构及特点。 四、实验步骤 1、实验接线 1.1 用导线将温度控制单元24V的“+”输入端接到直流稳压电源24V的“+”端； 1.2 用导线将温度控制单元0～5V的“+”输入端接到数据采集卡的“DA1”的输出端，同时将温度变送器的“+”输出端接到数据采集卡的“AD1”处； 1.3打开实验平台的电源总开关。 2、脚本程序的参数整定及运行
基于Simulink仿真双闭环系统综合课程设计报告书
课程设计 双闭环直流调速系统设计及仿真验证 学院年级：工程学院08级 组长：陈春明学号200830460102 08自动化1班成员一：陈木生学号 200830460103 08自动化1班 指导老师： 日期： 2012-2-28 华南农业大学工程学院
摘要 转速、电流双闭环调速系统是应用最广的直流调速系统，由于其静态性能良好，动态响应快，抗干扰能力强，因而在工程设计中被广泛地采用。现在直流调速理论发展得比较成熟，但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。 Matlab是一高性能的技术计算语言，具有强大的科学数据可视化能力，其中Simulink具有模块组态简单、性能分析直观的优点，方便了系统的动态模型分析。应用Simulink来研究双闭环调速系统，可以清楚地观察每个时刻的响应曲线，所以可以通过调整系统的参数来得出较为满意的波形，即良好的性能指标，这给分析双闭环调速系统的动态模型带来很大的方便。 本研究采用工程设计方法，并利用Matlab协助分析双闭环调速系统，依据自动控制系统快、准、稳的设计要求，重点分析系统的起动过程。 关键词：双闭环直流调速 Simulink 自动控制
目录 1、直流电机双闭环调速系统的结构分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.1 双闭环调速系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.2 双闭环调速系统的结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 、建立直流电机双闭环调速系统的模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.1 小型直流调速系统的指标及参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.2 电流环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.3 转速环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3、直流电动机双闭环调速系统的MATLAB仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1 系统框图的搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.2 PI控制器参数的设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.3 仿真结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4、结论与总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5、参考资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
单闭环控制系统设计及仿真要点
单闭环控制系统设计及仿真 班级电信2014 姓名张庆迎 学号142081100079
摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。 关键词直流电机直流调速系统速度调节器电流调节器双闭环系统 一、单闭环直流调速系统的工作原理 1、单闭环直流调速系统的介绍 单闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。 2、双闭环直流调速系统的介绍 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行嵌套连接，如图1—1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称
复杂联接的闭环系统的数字仿真
题目一 复杂联接的闭环系统的数字仿真 一、复杂联接的闭环系统的编程仿真 实际工程中,常常遇到的是复杂结构形式的控制系统,它由若干典型环节按一定规律联接而成。这类系统的仿真程序应具有以下特点： （1）可按照系统结构图输入各环节参数，改变参数方便。 （2）可方便地观察各环节输出动态响应。 图1 复杂联接的闭环系统框图 设计基本思路：输入环节参数和环节之间的联接关系，由计算机程序自动形成闭环状态方程，运用数值积分方法求解响应。 二、设计要求： （1）根据结构图写出联接矩阵。 （2）给出复杂联接的闭环系统的数字仿真程序的流程框图。 （3）状态初值为[0 0 0 0 0 0 0 0 0]；仿真步长:0.001；仿真时间:1.5s 。 （4）编写仿真程序并调试。 （5）画出每一个输入信号和输出信号的波形，要求用subplot 作图。 三、复杂联接的闭环系统的simulink 仿真 利用Matlab 中的simulink 模块建立上述模型，并进行仿真。给出仿真波形，并比较以上两种方法的优缺点。 123456789107 :110.171();();();10.010.08510.0110.15700.21();();();0.05110.006710.151300.10.0044();();();10.0110.01()0.212,,s G s G s G s s s s s G s G s G s s s s G s G s G s s s s G s r y +===+++===++===++=各环节传递函数如下输入为单位阶跃求输出响应
题目二交-直-交变压变频器整流器的仿真 一、交-直-交变压变频器的基本结构 交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如图1所示。 图1 交-直-交变压变频器基本结构图 1、三相桥式全控整流电路拓扑图 图2 三相桥式全控整流电路图 二、三相桥式全控整流电路的工作原理 （1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（2）对触发脉冲的要求： ·按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60?。 ·共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120?，共阳极组VT4、VT6、VT2 也依次差120?。 ·同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相 差180?。 （3）u d一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。 （4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发；另一种是双脉冲触发（常用）
单闭环流量定值控制系统
第二节单闭环流量定值控制系统 一．实验目的： 1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。 2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。 3．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。 二．实验原理： 离心泵恒流量控制系统图如图5.3-1所示，控制系统方框图如图5.3-2所示。 图5.3-1 离心泵恒流量控制系统图 图5.3-2 离心泵恒流量控制系统方框图 离心泵恒流量控制系统为单回路简单控制系统，安装在离心泵出口管路上涡轮流量传感器TT将离心泵出口流量转换成脉冲信号，其脉冲频率经频率/电压转换器转换成电压信号后输出至流量调节器TC，TC将流量信号与流量给定值比较后，按PID调节规律输出4—20mA信号，驱动电动调节阀改变调节阀的开度，达到恒定离心泵出口流量的目的。离心泵恒流量控制系统方框图如图十三所示。 控制参数如下： 1．控变量y：离心泵出口流量Q。 2．定值(或设定值)ys：对应于被控变量所需保持的工艺参数值 3．测量值ym：由传感器检测到的被控变量的实际值 4．操纵变量(或控制变量)：实现控制作用的变量，在本实验中为离心泵出口流量。使用电动调节阀作为执行器对离心泵出口流量进行控制。电动调节阀的输入信号范围：4—20mA。 5．干扰(或外界扰动)f：干扰来自于外界因素，将引起被控变量偏离给定值。在
本实验中采用突然改变离心泵转速的方法，改变离心泵出口压力，人为模拟外界扰动给控制变量造成干扰。 6．偏差信号e:被控变量的实际值与给定值之差， e=ys-ym 。 ym---离心泵出口流量值Q 。 ys---离心泵出口流量设定值。 7．控制信号u ：工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量。 离心泵恒流量控制系统采用比例积分微分控制规律(PID)对离心泵流量进行控制。比例积分微分控制规律是比例、积分与微分三种控制规律的组合，理想的PID 调节规律的数学表达式为： 01()()()()t P D I de t u t K e t e t dt T T dt ???=++??? ?? 三．实验方法： 1．向V103中注入2/3以上清水 2．打开设备总电源，检查各仪表，执行器是否正常 3．打开阀门VA110或VA111，A112，A117，其余阀门关闭 4．松动离心泵放气螺丝，直到有水流出，拧紧螺丝 5．将离心泵出口压力测量表（PI-03）设为手动输出且输出值为100，变频器的频率即设为50.00Hz 6．打开实验软件，进入流量曲线界面点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”开始记录液位变化 7．将流量测量表（FI-01）设为自动输出且SV 值为4.00，P=3，I=5，D=1.5 FILE=5 8．打开立式离心泵向观察曲线变化情况，待流量稳定后，点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”重新记录液位变化 9．大约10秒钟后通过以下几种方式加干扰： （1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增 量的变化；（此法推荐，下面方法仅供参考）。 （2）改变开立式离心泵频率 以上两种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能
单闭环直流调速系统
第十七单元晶闸管直流调速系统 第二节单闭环直流调速系统 一、转速负反馈直流调速系统 转速负反馈直流调速系统得原理如图ｌ7-40所示。 转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASＲ、触发器ＣＦ、晶闸管变流器U、测速发电机TG等组成。 直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n成正比得转速反馈电压Uｆn。 转速给定电压Uｇn与Uｆn比较,其偏差电压ΔＵ=Uｇｎ—Ufｎ送转速调节器ＡSR输入端。 AＳR输出电压作为触发器移相控制电压Uc,从而控制晶闸管变流器输出电压Ud。 本闭环调速系统只有一个转速反馈环,故称为单闭环调速系统、 1.转速负反馈调速系统工作原理及其静特性 设系统在负载ＴL时,电动机以给定转速n1稳定运行,此时电枢电流为Id１,对应转速反馈电压为Uｆn1,晶闸管变流器输出电压为Ｕdl。 当电动机负载ＴＬ增加时,电枢电流Ｉd也增加,电枢回路压降增加,电动机转速下降,则Uｆn也相应下降, 而转速给定电压Ugｎ不变,ΔU=Uｇｎ—Ufn增加。 转速调节器ASR输出电压Uc增加,使控制角α减小,晶闸管整流装置输出电压Ud增加,于就是电动机转速便相应自动回升,其调节过程可简述为: T L↑→Id↑→Id(Ｒ∑+Rd)↑→n↓→Ｕfn↓→△U↑→Uc↑→α↓→Ｕd↑→n↑。 图17-41所示为闭环系统静特性与开环机械特性得关系。
图中①②③④曲线就是不同Uｄ之下得开环机械特性。 假设当负载电流为Iｄ1时,电动机运行在曲线①机械特性得Ａ点上、 当负载电流增加为Iｄ2时,在开环系统中由于Ugn不变,晶闸管变流器输出电压Ｕd也不会变,但由于电枢电流Iｄ增加,电枢回路压降增加,电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点,转速只能相应下降、 但在闭环系统中有转速反馈装置,转速稍有降落,转速反馈电压Uｆn就相应减小,使偏差电压△U增加,通过转速调节器ASＲ自动调节,提高晶闸管变流器得输出电压Ud０由Ud01变为Ud02,使系统工作在随线②机械特性上,使电动机转速有所回升,最后稳定在曲线②机械特性得B点上。 同理随着负载电流增加为Iｄ3,Iｄ4,经过转速负反馈闭环系统自动调节作用,相应工作在曲线③④机械特性上,稳定在曲线③④机械特性得C,D点上。 将Ａ,Ｂ,C,Ｄ点连接起来得ＡＢCD直线就就是闭环系统得静特性、 由图可见,静特性得硬度比开环机械特性硬,转速降Δn要小。闭环系统静特性与开环机械特性虽然都表示电动机得转速-电流(或转矩)关系,但两者就是不同得, 闭环静特性就是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)得静态关系,它只就是闭环系统调节作用得结果,就是在每条机械特性上取一个相应得工作点,只能表示静态关系,不能反映动态过程。 当负载突然增加时,如图所示由Idｌ突增到Id2时,转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降,然后随着Ｕd01升高为Ud02,转速n再回升到B点稳定运行,整个动态过程不就是沿着静特性AB直线变化得。 ２.转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析 对调速系统来说,转速给定电压不变时,除了上面分析负载变化所引起得电动机转速变化外,还有其她许多扰动会引起电动机转速得变化,例如交流电源电压得变化、电动机励磁电流得变化等,所有这些扰动与负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说,可以被转速检测装置检测出来,再通过闭环反馈控制减小它们对转速得影响。也就就是说在闭环系统中,对包围在系统前向通道中得各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流得变化等)对被调量(如转速)得影响都有强烈得抑制作用、但就是对于转速负反馈调速系统来说,转速给定电压Uｇn得波动与测速发电机得励磁变化引起得转速反馈电压Ｕfｎ变化,闭环系统对这种给定量与检测装置得扰动将无能为力。为了使系统有较高得调速精度,必须提高转速给定电源与转速检测装置得精度。
单闭环直流电机速度控制系统研究报告
一.实验原理 直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。 功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅<晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。 PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理： 1．PWM的工作原理 图1-1PWM的控制电路 上图所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用。 PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图1-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波<即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。 2.功放电路 直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。 3.反馈接口 在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。
4．直流电机控制系统如图1-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律<通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。 图1-2 SG3525内部结构 图1-3 直流电机控制系统 5.PID原理 过程控制的基本概念 过程控制――对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。 1.模拟控制系统 图1-4 基本模拟反馈控制回路 被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进行比较，得到偏差，模拟调节器依一定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执行器作用于过程。 控制规律用对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。 2.微机过程控制系统
单闭环 双闭环 仿真要点
运动控制系统仿真 专业：电气工程及其自动化班级：041141 学号：04114067 姓名：何爽
1. 转速反馈控制直流调速系统 各环节参数如下： 直流电动机：额定电压U N=220V，额定电流I dN=55A，额定转速n N=1000r/min，电动机电动势系数C e=0.192Vmin/r 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks=44，滞后时间常数Ts=0.00167s 电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s 转速反馈系数α=0.01Vmin/r 对应额定转速时的给点电压U n*=10V 1、单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真 PI控制器在于被控对象串联时，相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能，而增加得负实部零点则可减小系统的阻尼程度。 单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真模型： 改变PI调节器的参数，单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真结果如下： Kp=0.25， 1/τ=3时
转速电流 Kp=0.56， 1/τ=11.43时 转速电流 Kp=0.8， 1/τ=15时 转速电流 分析：若调节器参数是：Kp=0.25， 1/τ=3，系统转速的响应无超调，但调节时间很长；若是：Kp=0.8， 1/τ=15，系统转速的响应的超调较大，但快速性较好。和比例调节器相比，比例积分调节器能很好的消除静差。 以下改变Kp，而 1/τ保持不变，仿真结果如下：