广工-自动控制系统课程设计-任务书及告报样本

课程设计课程名称电力拖动与运动控制课程设计题目名称直流双闭环调速系统的计算机仿真专业班级学号学生姓名指导教师2015年12月31日广东工业大学课程设计任务书设计题目：直流双闭环调速系统的设计与仿真一、课程设计的内容利用自动控制系统与计算机仿真等课程知识，掌握双闭环直流调速系统控制器结构与参数设计方法。在计算机环境下完成控制系统的设计、调试，以及实验，进一步巩固和提高系统观念，掌握所学的理论知识。二、课程设计的要求与数据设计一个由三相零式晶闸管装置供电的转速、电流双闭环调速系统，参数如下：直流电动机:=15kW,=160V,=120A,=1000r/min,=0.136Vrpm.主回路总电阻：R=0.4Ω晶闸管装置放大倍数：=10~30电磁时间常数：=0.023s机电时间常数：=0.2s反馈滤波时间常数：=0.0029s，=0.0128s额定转速是的给定电压：=15V调节器的饱和输出电压：10V系统得调速范围：D=10（1）确定电流反馈系数β和转速反馈系数α，假设起动电流限制在1.4以内。（2）系统的静动态指标为：无静差。动态指标为：电流超调量≤(4%-10%,每人的数据请在附表查询)，空载起动到额定转速时的转速超调量≤（8%-15%,每人的数据请在附表查询)，调节器输入电阻=40KΩ。三、课程设计应完成的工作1．完成直流调速系统的建模与仿真实验；2．根据课程设计的系统性能指标的要求，完成系统电压、电流环调节器的设计；3．利用MatLab/simulink工具软件完成所设计系统的仿真实验，验证所设计系统的合理性；4．设计及仿真完成后，提交课程设计报告及相关材料电子档一份，双面打印纸质版一份。提交电子档每位同学一个文件夹，文件夹内含实验报告电子档一份，以及matlab/simulink仿真源代码一份。2文件夹命名规则：12自/创/卓(x)班-学号-姓名实验告报命名规则：12自/创/卓(x)班-学号-姓名-实验报告.doc源代码命名规则：12自/创/卓(x)班-学号-姓名-matlab.zip四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1任务布置机房12.28-1.62资料收集机房3系统设计机房4仿真工具软件的学习与系统仿真实验机房5系统设计及仿真实验的总结、撰写课程设计报告机房五、应收集的资料及主要参考文献[1]陈伯时，电力拖动自动控制系统—运动控制系统（第4版)[M].北京：机械工业出版社,2011.[2]王兆安，等.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000.[3]洪乃刚，电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真，北京：机械工业出版社，2006[4]张圣勤，Matlab7.0实用教程，北京：机械工业出版社，2006.发出任务书日期：2015年12月29日指导教师签名：计划完成日期：2015年1月6日基层教学单位责任人签章：主管院长签章：1.设计内容及要求设计一个由三相零式晶闸管装置供电的转速、电流双闭环调速系统，参数如下：直流电动机:=15kW,=160V,=120A,=1000r/min,=0.136Vrpm.主回路总电阻：R=0.4Ω晶闸管装置放大倍数：=25电磁时间常数：=0.023s机电时间常数：=0.2s反馈滤波时间常数：=0.0029s，=0.0128s额定转速是的给定电压：=15V调节器的饱和输出电压：10V系统得调速范围：D=10（1）确定电流反馈系数β和转速反馈系数α，假设起动电流限制在1.4以内。（2）系统的静动态指标为：无静差。动态指标为：电流超调量≤(4%-10%,每人的数据请在附表查询)，空载起动到额定转速时的转速超调量≤（8%-15%,每人的数据请在附表查询)，调节器输入电阻=40KΩ。2.电流环的设计根据设计要求，5%，无静差。则电流环应校正成典型I型系统。电流环小时间常数之和，按小时间常数近似处理，电流环的小时间常数为0.0033+0.0029=0.0062sACR选用PI调节器，校正为II阶最佳，电流环的开环放大系数：80.6451s电流调节器的参数：0.023s10/(1.2*120)=0.06980.645*0.023*0.4/(0.069*25)=0.430电流调节器原理图如图1所示，2图1含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器根据原理图1有取=40KΩ，则17.20KΩ，可选17KΩ1.35*e-6F,可选=1.35uF0.290*e-6F,可选=0.3uF按上述参数，电流环可达到的跟随性能指标为=4.3%满足设计要求。近似条件校验：（1）晶闸管装置传递函数近似条件：1/(3*Ts)=1/(3*0.0033)=1011sciW满足近似条件（2）忽略反电动势对电流环影响的近似条件：1123.44023.02.01313ssTTlmciW满足近似条件（3）小时间常数环节的近似处理条件：118.1070029.00033.0131131ssTToisciW满足近似条件三项近似处理均满足近似条件。33.转速环的设计电流环的等效时间常数为2*0.0062=0.0124s转速环的小时间常数为0.0124+0.0128=0.0252s因为设计要求静态无差，转速调节器可采用PI调节器。为了减少退饱和超调量，并具有较强的抗干扰能力，可按典型Ⅱ型系统设计转速环，转速调节器的传递函数为调速系统的开环增益按跟随与抗扰性能都较好的原则，取h=5，但最后算出来的超调量指标=14.3%10%,故可选h=4，则ASR的时间常数为4*0.0252=0.1008s转速环的开环放大倍数为246.0471sASR的比例放大系数为15/1000=0.0155*0.069*0.136*0.2/(2*4*0.015*0.4*0.0252)=7.76转速调节器原理图如图2所示。图2含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器取=40KΩ，则4310.317KΩ，可选=310KΩ0.325*e-6，可选Cn=0.3μF1.28*e-6,可选Con=1.3μF又知=43.6%(查表得)当h=4时，查表得77.5%，352.9由此求得=2*77.5%*1.4*352.9*0.0252/1000/0.2=9.65%满足超调量指标要求。检验近似条件，转速环截止频率为246.047*0.1008=24.81s（1）电流环传递函数的近似条件：32.31s(2)小时间常数环节近似条件：26.51s以上两项都满足近似条件。4.系统仿真双闭环调速系统的动态结构图如图3所示。图3双闭环调速系统的动态结构图51）电流环仿真结果：结果分析，电流超调量为9.64%，满足超调指标。2）双闭环系统6结果：结果分析，速度超调量为8.01%，满足超调指标。3）伯德图7（1）转速、电流双闭环系统转速环的动态结构图如图4所示，图4转速环的动态结构图及其简化（2）电流环在转速环中等效为其开环传递函数为)1()1(/)(sTsKsTsRKKsWiIiisiopi=)10062.0(645.80ss由命令:s=tf('s')G=80.645/s/(s*0.0062+1);%构造开环传函bode(G);%画伯德图[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)可得电流环的伯德图：8伯德图结果分析：截止频率是73.40141s，电流环在转速环中等效为一个一阶惯性环节，电流环的跟随性能较强，幅值裕度GM0且相角裕度PM为6545,系统稳定。9（3）转速环的伯德图：转速环的近似处理开环传递函数为10252.011008.0048.2462sss由命令：s=tf('s')G=246*(0.1008*s+1)/(s^2*(0.0252*s+1));%构造开环传函bode(G);%画伯德图[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)可得伯德图：10伯德图结果分析：转速环的截止频率是23.25rad/s，转速环和电流环相互配合，电流环对负载电流扰动进行快速的调节而转速环对转速进行整体的把握，从而达到稳定性和快速性相照应的效果。相位转速环等效为2型系统，一个惯性环节和一个微分环节的乘积，转速环响应比电流环慢，幅值裕度GM0且相角裕度PM为360,有利于控制环本身的稳定。5.心得体会这次课程设计历时一周，在整整一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。经过这次课程设计我感受颇多。在正式进行设计之前，我参考了一些网上的资料，通过对这些设计方案来开拓自己的思路，最后终于有了自己的思路。课程设计不仅是对前面所学电力电子技术和运动控制理论的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多。习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。11最后，我深感要注重理论联系实际。以前一直觉得理论知识离我们很远，经过课程设计，才发现理论知识与生活的联系。这大大激发了我学习书本知识的兴趣。再者我们学习的是工科，不单纯只是理论方面的的工作，还应该考虑到实际情况。理论计算的结果可能与实际稍有差别，要以实际情况为准。总之，在设计过程中，我不仅学到了以前从未接触过的新知识，而且学会了独立的去发现，面对，分析，解决新问题的能力，不仅学到了知识，又锻炼了自己的能力，使我受益非浅。6.参考文献[1]阮毅，陈伯时，电力拖动自动控制系统—运动控制系统（第4版)[M].北京：机械工业出版社,2009.[2]王兆安，等.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000.[3]洪乃刚，电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真，北京：机械工业出版社，2006[4]张圣勤，Matlab7.0实用教程，北京：机械工业出版社，2006.个人数据查询(请务必按自己的数据计算和仿真)学号（末四位）姓名电流超调量σi%转速超调量σn%____xxx48____xxx58____xxx68____xxx78____xxx88____xxx98____xxx108____xxx49____xxx59____xxx69____xxx79____xxx89____xxx99____xxx109____xxx410____xxx510____xxx610。。。。。。。。。以下几点要求:1、每人的数据都不同,请大家务必要按自己的数据去设计和仿真,并独立完成.个别同学采用上述参数指标达不到则酌情修改个别参数。2、报告的格式要求符合学校的实训报告要求.3、报告提交时间在第十九周的星期三上午3,4节课（班长/学委收齐后提交）,如果评优需要带电子档和matlab代码来工二501仿真及答辩.4、可以参考课本对应的例题推算