行业资料机电操纵系统剖析与设计课程大年夜功课之一基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿.docx

机电控制系统分析和设计课程大作业一基于MATLAB直流电机双闭环调速系统设计和仿真学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级:学号：姓名：一、 设计参数转速、电流双闭环直流调速系统，采取双极式H桥PWM方法驱动。电机参数：额定功率,200W；额定电压,48V；额定电流,4A；额定转速,500r/min；电枢回路总电阻,R=8；许可电流过载倍数,=2；电势系数Ce=0.04Vmin/r；电磁时间常数TL=0.008s；机电时间常数,Tm=0.5；电流反馈滤波时间常数Toi=0.2ms；转速反馈滤波时间常数Ton=1ms要求转速调整器和电流调整器最大输入电压U*nm=U*im=10V；两调整器输出限幅电压为10V；PWM功率变换器开关频率f=10kHz；放大倍数K=4.8；动态参数设计指标：稳态无静差；电流超调量5%；空载开启到额定转速时转速超调量25%；过渡过程时间ts=0.5s。二、 设计计算1. 稳态参数计算依据两调整器全部选择PI调整器结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调整器输出限幅值均选择为12V电流反馈系数；转速反馈系数：2. 电流环设计（1）确定时间常数电流滤波时间常数T=0.2ms，按电流环小时间常数步骤近似处理方法，则（2）选择电流调整器结构电流环可按经典型系统进行设计。电流调整器选择PI调整器，其传输函数为（3）选择调整器参数超前时间常数：=T=0.008s电流环超调量为5%，电流环开环增益：应取，则=1666.67于是，电流调整器百分比系数为（4）检验近似条件电流环截止频率=1666.,67,1/s1） 近似条件1：,现在，=3333.33，满足近似条件。2）近似条件2：现在，=47.43,，满足近似条件。（5） MATLAB仿真1) 电流环给定阶跃响应MATLAB仿真未经过小参数步骤合并电流环单位阶跃响应经过小参数步骤合并电流环单位阶跃响应2) 电流环频率分析MATLAB仿真未经过小参数步骤合并电流环频率响应经过小参数步骤合并电流环频率响应3. 转速环设计（1）确定时间常数电流环等效时间常数：2=0.0006s转速滤波时间常数：T=1ms=0.001，转速环小时间常数近似处理：=2+,T=0.0006+0.001=0.0016s（2）选择转速调整器结构由转速稳态无静差要求，转速调整器中必需包含积分步骤；又依据动态要求，应该按经典型系统校正转速环，所以转速调整器应该选择PI调整器，其传输函数为（3）选择调整器参数按跟随性和抗扰性能均比很好标准，取h=5，则转速调整器超前时间常数为=hT=50.0016=0.008s转速环开环增益=46875,1/于是，转速调整器百分比系数为=58.59（4）校验近似条件转速环开环截止频率为=468750.008=3751,/s1)近似条件1：,现在，=666.,67，满足近似条件。2） 近似条件2：现在，=430.33,，满足近似条件。（5）MATLAB仿真1) 转速环阶跃信号响应分析MATLAB仿真未经过小参数步骤合并转速环单位阶跃响应经过小参数步骤合并电流环单位阶跃响应1） 转速环频率分析MATLAB仿真未经过小参数步骤合并转速环频率响应经过小参数步骤合并转速环频率响应2) 阶跃信号输入条件下电流输出过渡过程曲线三、 仿真结果分析：依据设计结果模拟仿真，能够得到设计调整系统稳态时转速无误差。能够看出：作为内环调整器，在外环转速调整过程中，它作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调整器输出量）改变。双闭环系统中，因为增设了电流内环，电压波动能够经过电流反馈得到比较立即调整，无须等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。在转速动态过程中，确保取得电机许可最大电流，从而加紧动态过程。在实际系统中，电网电压波动和外负载波动会对系统超调和稳定有一定影响，在仿真时候能够加以考虑，最终能够看出系统对于外界干扰协调能力很强。附：转速电流双闭环程序步骤框图MATLAB程序：,sys1=tf(1.25,0.0002,1);,sys2=tf(4.8,0.0001,1);,sys3=tf(0.125,0.008,1);,w=17.,78*tf(0.008,1,0.008,0);,figure(1);,margin(sys1*sys2*sys3*w);,hold,on,grid,on;,figure(2),closys1=sys1*sys2*sys3*w/(1+sys1*sys2*sys3*w);,t=0:0.0001:0.008;,step(closys1,t),grid,on;,sys1=tf(6,0.0003,1);,sys2=tf(0.125,0.008,1);,w=17.,78*tf(0.008,1,0.008,0);,figure(3);,margin(sys1*sys2*w);,hold,on,grid,on;,figure(4);,closys1=sys1*sys2*w/(1+sys1*sys2*w);,t=0:0.0001:0.008;,step(closys1,t),grid,on;,sys1=tf(1,0.001,1);,sys2=tf(0.8,0.0006,1);,sys3=tf(8,0.5,0);,n=1/0.04;,sys4=tf(0.02,0.001,1);,g=58.59*tf(0.008,1,0.008,0);,figure(5);,margin(sys1*sys2*sys3*sys4*n*g);,hold,on,grid,on;,figure(6);,closys1=sys1*sys2*sys3*sys4*n*g/(1+sys1*sys2*sys3*sys4*n*g);,t=0:0.001:0.08;,step(closys1,t),grid,on;,sys1=tf(0.016,0.0016,1);,sys2=tf(8,0.5,0);,n=1/0.04;,g=58.59*tf(0.008,1,0.008,0);,figure(5);,margin(sys1*sys2*n*g);,hold,on,grid,on;,figure(6);,closys1=sys1*sys2*n*g/(1+sys1*sys2*n*g);,t=0:0.001:0.08;,step(closys1,t),grid,on;