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1、精选优质文档-倾情为你奉上控制系统课程设计设计内容：转速反馈控制直流调速系统的仿真 姓 名： 刘 幸 院 系： 信息科学与技术部 专 业： 电气工程及其自动化班 级 ： 11Q电 气7 班 学 号 ： 8 指导教师： 姚洪平 目录专心-专注-专业一.仿真软件的选用1.1 MATLAB简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很
2、大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收
3、了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+，JAVA的支持。本课题就是充分利用了MATLAB的系统仿真的强大功能，利用仿真，以及仿真出的结果，客观的表现出转速反馈控制直流调速系统的运行现象。1.2 对SIMULINK的简介Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应
4、用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。功能Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，
5、它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。. 构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB® 紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以
6、及信号参数和测试数据的定义。 特点丰富的可扩充的预定义模块库 交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图 以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理 通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码 提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成 使用Embedded MATLAB 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法 使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型 图形化的调试器和剖析
7、器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为 可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据 模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误二.仿真框图及说明2.1比例积分控制的直流调速系统的仿真框图见图1。图1 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图 2.2仿真参数要求直流电动机：220V、55A、1000r/min,=0.192min/r晶闸管装置的放大系数：=44电枢回路总电阻：R=1.0时间常数：=0,。00167s，=0.075s转速反馈系数：=0.01Vmin/r三.仿真模型图及参数设置进入MATLAB界面，单击工具栏中的SIMULINK图标
8、，打开SIMULINK的模块浏览器窗口。如图2所示。图2 SIMULINK模块浏览器窗口1、打开模型编辑窗口：通过单击SIMULINK工具栏中的新模型图标或选择FileNewModel菜单项打开模型编辑窗口。2、复制相关模块：图2中的左边模块为所需的子模块库图标，右边为相应子模块库里的子模块。双击子模块库图标，将所需的子模块拖入模型编辑窗口。如图3所示，图3 模型编辑窗口3、修改模块参数：双击模块图标，在弹出的对话框中根据所给的要求修改模块参数。如图4示，图4 模型编辑窗口4、模块连接：鼠标左键单击以连接各模块。把相应的参数数据送人图2-3，其中PI调节器的值暂定为Kp=0.56,1/t=11
9、.43。最终生成图5所示的比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型。图5 比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型四.仿真结果4.1 仿真过程1、仿真过程的启动：单击模型编辑窗口中工具栏的运行按钮或者选择SimulationStart菜单项，可启动仿真过程，再双击Scope模块就可以显示仿真结果。如图6所示。 图6 修改控制参数前的仿真结果2、 仿真参数的设置：为了清晰地观测仿真结果，需要重设仿真参数。单击SimulationConfiguration Parameters菜单项，将打开一个对话框，把其中的Stop time栏目默认的结束时间从10.0修改为0.6s。保存，重新启动仿真过程
10、，然后单击Scope工具栏中的按钮自动刻度（Autoscale）,它会把当前窗口中信号的最大值最小值为纵坐标的上下限，从而得到图7。 图7修改控制参数后的仿真结果4.2调节器参数的调整在控制系统中设置调解器是为了改善系统的静、动态性能。在采用了PI调节器之后，构成的是无静差调速系统。通过改变PI调节器的参数，可以得到转速响应的超调量不一样、调节时间也不一样的响应曲线。改变PI参数Kp，1/t，然后保存，重新进行仿真过程。如图8所示为调节器参数是Kp=0.25，1/t=3的仿真结果图，可以看出系统转速的响应无超调，但调节时间很长。 图8 无超调的仿真结果如图9所示为调节器参数是Kp=0.8，1/
11、t=15的仿真结果图，可以看出系统转速的响应超调较大，但快速性较好。 图9 超调量较大的仿真结果五. 总结 经过这次课程设计，我受益匪浅，加深了我对转速反馈控制直流调速系统这门课的认识，也学到了与其相关的很多方面的知识。在这次设计过程中遇到了很多问题，对我是一次很大的考验，在老师和同学的帮助下，经过反复的思考和多次的检查后，终于找出了解决问题的方法，完成此次课程设计。这次课程设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于得以解决。经过这次课程设计也使我明白了很多道理，毕业在即，在以后步入社会，同样会遇到各种的问题，肯定不是一帆风顺的，关键是一定不能放弃，不能遇到问题就想到退缩，任何问题都是能解
12、决的，只要多思考，多努力肯定能发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能做成想做的事，才能在今后的道路上越走越远，越走越顺，而不是知难而退，那样永远不可能获得成功。课程设计既是一门专业课，它给我带来很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门哲理课，人生课，让我懂得许多道理，带给我很多体会，做学问如此，做人亦是如此，这次设计让我感触很深。在这这次课程设计中，不仅培养了我独立思考、动手操作的能力，也培养了我搜集资料，善于寻找解决办法的能力。更重要的是，我学会了很多学习的方法。而这是以后无论在学习还是生活中都很实用的。要面对社会的挑战，只有不断的学习。回顾起此课程设计，真是困难重重啊！首先就
13、是仿真软件的选用以及使用，从一点也不会用到能一般的熟练应用，就耗费了我很长时间。还有就是一些具体的参数方面了，平时做事就爱马虎，这次终于尝到了苦头，比如在设置调节器参数时就多写了一个零，然后结果就大不相同，后来发现后，及时设置正确。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，平时也没有什么动手的机会，这次设计才知道自己的动手能力欠缺太多了，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能成功。实验过程中，也让我明白了团队合作的重要性，设计的日子里学到了很多知识，也带给我很多乐趣，团结就是力量，只有互相之间学习，互补合作才能换来最终完美的结果。此次
14、设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂的地方要及时寻求解决办法，只要认真思考，动脑钻研，勤于动手，就没有解决不了的问题。 六.参考文献1 阮毅, 陈伯时. 电力拖动自动控制系统：运动控制系统M. 4版. 北京:机械工业出版社, 2009.8.2 2006杨庚辰.自动控制原理.西安：西安电子科技大学出版社，20053 阮毅, 陈伯时.电力传动系统的转矩控制规律 J 电气传动，19994 阮毅，陈维钧.运动控制系统M.北京：清华大学出版社，20065R Gabriel,W Lenohard. Microprpcessor Control of Induction Moror J.IEEE 1982
15、.6W Leonhard. Processing with Controled AC-Drives J.EPE Journal vol.1No.1 and No.2,1991七.致谢这次设计能够顺利的完成，与我们的姚老师的细心指导是分不开的。每次设计遇到问题去找老师时，您不厌其烦的多次讲解才使得我的设计顺利的进行下去。从最初设计的选题，到资料的搜集，直至最后设计的修改的整个过程中，多亏了您细心的指导与帮助，花费了您很多宝贵的时间和精力，在此向您表示衷心地感谢!还有所有大学四年曾教过我的老师，这次设计需要来自各方面的知识，我的知识全是来自你们的辛苦教学，感谢！最后还要感谢每一位帮助过我的同学，我的成功与你们是分不开的，感谢！