运动控制系统双闭环直流调速系统仿真课程论文大学论文.doc

本科生课程论文

课程名称 运动控制系统
学 院 机自学院
专 业 电气工程及其自动化
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 
指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　

使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。

作者签名： 日期： 年 月 日
导师签名： 日期： 年 月 日
注 意 事 项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师： （签名） 单位： （盖章）
年 月 日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师： （签名） 单位： （盖章）
年 月 日

教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）
年 月 日
教学系意见：
系主任： （签名）
年 月 日

题目：
双闭环直流调速系统仿真
对例题3.8设计的双闭环系统进行设计和仿真分析仿真时间10s。具体要求如下：
在一个由三相零式晶闸管供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为： =60kW， =220V， =308 A， =1000 r/min ， 电动势系数 =0.196 V·min/r ，主回路总电阻 =0.18Ω，变换器的放大倍数 =35。电磁时间常数 =0.012s，机电时间常数 =0.12s，电流反馈滤波时间常数 =0.0025s，转速反馈滤波时间常数 =0.015s。额定转速时的给定电压=10V，调节器ASR，ACR饱和输出电压= 8V ， =7.98V。
系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围D=10，电流超调量 ≤5% 空载起动到额定转速时的转速超调量 ≤10%。试求：
（1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在 以内)和转速反馈系数α。
（2）试设计电流调节器ACR.和转速调节器ASR。
（3）在matlab/simulink仿真平台下搭建系统仿真模型。给出空载起动到额定转速过程中转速调节器积分部分不限幅与限幅时的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），指出空载起动时转速波形的区别，并分析原因。
（4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn。并与仿真结果进行对比分析。
（5）估算空载起动到额定转速的时间，并与仿真结果进行对比分析。
（6）在5s突加40%额定负载，给出转速调节器限幅后的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），并对波形变化加以分析。

解：
（1）

（2）①电流调节器设计
确定时间常数：

电流调节器结构确定：
因为，可按典型I型系统设计，选用PI调节器，

电流调节器参数确定：，
选，，

校验等效条件：
电力电子装置传递函数的近似条件：

忽略反电势的影响的近似条件：

电流环小时间常数的近似条件：

可见满足近似等效条件。
②速度调节器设计
确定时间常数：
a）电流环等效时间常数因为
则
b）
c）
速度调节器结构确定：
按照无静差的要求，应选用PI调节器，

速度调节器参数确定：
，取h=5，

校验等效条件：

a）电流环近似条件：

b）转速环小时间常数近似：

可见满足近似等效条件。
转速超调量的校验（空载Z=0）

转速超调量的校验结果表明，上述设计不符合要求。因此需要重新设计。
查表，应取小一些的h，选h=3进行设计。
按h=3，速度调节器参数确定如下：

校验等效条件：

a）电流环近似条件：

b）转速环小时间常数近似：

可见满足近似等效条件。
转速超调量的校验：

转速超调量的校验结果表明，上述设计符合要求。

（3）
在matlab仿真平台下搭建系统仿真模型：

①限幅时的仿真波形：
a)转速：

b)电流：

c)转速调节器输出：

d)转速调节器积分部分输出：

②不限幅时的仿真波形：
a)转速：

b)电流：

c)转速调节器输出：

d)转速调节器积分部分输出：

由上图可知，空载启动时转速的波形在限幅和不限幅上的区别还是很大的。
空载起动时转速波形的区别：
①当转速调节器的积分部分不限幅时：振荡次数较于限幅时更多，超调比较大，起动时间更长，调节时间更加长。
②当转速调节器的积分部分限幅时：振荡次数少于不限幅时，超调较小，起动时间较短，调节时间较短。
引起区别的原因：
当ASR转速调节器积分部分不限幅时，速度调节器达到限幅值时，转速还未达到额定转速 ，偏差均大于零，积分部分的输出一直在增大，这就导致使积分部分输出的值变得很大。当转速达到额定转速时，积分调节器的输出不能立即变小，而是需要经过一段时间使积分调节器的输出恢复到开始限幅瞬间的数值。在这段时间内调节器暂时失去调节功能，导致ASR在很长时间内都是限幅输出，电机转速一直在增加，所以ASR积分部分不限幅时，转速超调较大，起动时间较长，调节时间较长。

（4）40%额定负载起动到最低转速时：
因为由题目要求带40%额定负载，所以

仿真结果：

与估算结果相近。

（5）
根据电机运动方程：

所以，

（6）在5s突加40%额定负载，
转速仿真波形：

电流仿真波形：

转速调节器输出仿真波形：

转速调节器积分部分输出仿真波形：

分析：
突加给定电压后，转速调节器很快进入饱和状态，输出恒定的限幅电压，使电机在恒流条件下启动，启动电流，而转速则按线性规律增长。转速调节器一旦饱和，只有当转速上升到给定电压所对应的给定值时，反馈电压才与给定电压平衡，此后转速偏差电压变为负值，使ASR退饱和。ASR开始退饱和时，由于电动机电流仍大于负载电流，电动机仍然加速，直到时，转速才降低下来，因此启动过程中转速一定超调。在5s时突加40%额定负载扰动，即，则转速受扰动，会有所下降，使电动机电流升高。直到时电机转速才回升，同时电机电流下降，最后稳定在123.2A。

心得体会：
由于之前课程对matlab的熟悉使得这次仿真项目在matlab使用部分顺利很多。重点也是难点的是对双闭环直流调速系统的理解，充分理解转速环和直流环，还要学会各种参数的比较和计算，如何修改参数以达到题目的要求。
仿真部分也有遇到难题，比如由于参数设置问题导致波形与预想的效果相差甚远，而有些则只是范围内的误差。
总的来说，通过这次仿真项目，不仅仅学到了如何使用操作matlab，更多的是系统的设计以及仿真思想。
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