《机电控制技术》
课程大作业一。
基于matlab的直流电机双闭环。
调速系统的设计与**。
学院：机电工程学院。
专业：机械设计制造及其自动化。
班级：1108110
学号：1110811005
姓名：崔晓蒙。
设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式h桥pwm方式驱动，已知电动机参数为：
设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式h桥pwm方式驱动，已知电动机参数为：
额定功率200w；
额定电压48v；
额定电流4a；
额定转速n=500r/min；
电枢回路总电阻r=0.8；(本次选为8）
允许电流过载倍数=2；
电势系数0.04vmin/r；
电磁时间常数0.008s；
机电时间常数0.5；
电流反馈滤波时间常数0.2ms；
转速反馈滤波时间常数1ms；
要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压10v；
两调节器的输出限幅电压为10v；
pwm功率变换器的开关频率10khz；
放大倍数4.8。
试对该系统进行动态参数设计，设计指标：
稳态无静差；
电流超调量5%；
空载起动到额定转速时的转速超调量 25%；
过渡过程时间0.5 s。
二．设计说明书。
1.计算电流和转速反馈系数。
电流反馈系数：
转速反馈系数：
2.电流环的动态校正过程和设计结果。
2.1确定时间常数。
由题给电流反馈滤波时间常数，调制周期，按电流环小时间常数的近似处理方法，有。
2.2选择电流调节器结构。
电流环可按ⅰ型系统进行设计。电流调节器选用pi调节器，其传递函数为。
2.3选择调节器参数。
超前时间常数：。
电流超调量由题给为，电流环开环增益：取，因此。
于是，电流调节器的比例系数为。
2.4检验近似条件。
电流环的截止频率。
1）近似条件一：
现在，，满足近似条件。
2）近似条件二：
现在，，满足近似条件。
3）近似条件三：
现在，，满足近似条件。
**1经过小参数环节合并。
源程序：sys0=1/1.25;
sys1=tf(6,[0.0003 1]);
sys2=tf(0.125,[0.008 1]);
w=17.78*tf([0.008 1],[0.008 0]);
figure(1);
margin(sys1*sys2* w);
hold on
grid on
figure(2);
closys1=sys0*sys1*sys2 *w/(1+sys1*sys2* w);
t=0:0.0001:0.006;
step(closys1,t);
grid on
经过小参数环节合并的电流环单位阶跃响应。
经过小参数环节合并的电流环频率响应。
如图不知为何不显示超调量，通过自己计算，可知，满足超调量的要求。
未经过小参数环节合并。
源程序：sys0=tf(1,[0.0002 1]);
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=sys0* sys2*sys3*w/(1+sys1*sys2*sys3*w);
t=0:0.0001:0.005;
step(closys1,t);
grid on
未经过小参数环节合并的电流环单位阶跃响应。
未经过小参数环节合并的电流环频率响应。
超调量为，满足超调量的要求。
两者的结果是极其相似的。所以可以将小惯性环节合并成一个惯性环节，从而简化电流环，而不影响结果。
4.转速环的设计。
4.1确定时间常数。
电流环的等效时间常数：。
转速滤波时间常数：。
转速环小时间常数近似处理：
4.2选择转速调节器结构。
由转速稳态无静差要求，转速调节器中必须包含积分环节；又根据动态要求，应按典型ⅱ型系统校正转速环，因此转速调节器选用pi调节器，其传递函数为。
4.3选择调节器参数。
按跟随性和抗扰性能均比较好的原则又需要满足超调量的要求，取h=10（若h=5，超调量为37.6%>25%，不满足要求），则转速环调节器的超前时间常数为。
转速环开环增益为：
转速调节器的比例系数为：
4.4检验近似条件。
转速环的开环截止频率为。
1）近似条件一：
现在，，满足近似条件。
2）近似条件二：
现在，，满足近似条件。
**2源程序：
n=50;sys1=tf(0.016,[0.0016 1]);
sys2=tf(8,[0.02 0]);
w=53.71*tf([0.016 1],[0.016 0]);
figure(1);
margin(sys1*sys2*w);
hold on
grid on
figure(2);
closys1=n* sys1*sys2*w/(1+sys1*sys2*w);
t=0:0.001:0.08;
step(closys1,t);
grid on
经过小参数环节合并的转速环单位阶跃响应。
转速超调量为，过渡过程小于0.5s，满足设计指标要求。
经过小参数环节合并的转速环频率响应。
未经过小参数环节合并。
源程序：sys0=tf(1,[0.001 1]);
sys1=tf(0.8,[0.0003/1666.67 1/1666.67 1]);
sys2=tf(8,[0.02 0]);
sys3=tf(0.02,[0.001 1]);
w=53.71*tf([0.016 1],[0.016 0]);
figure(1);
margin(sys1*sys2*sys3*w);
hold on
grid on
figure(2);
closys1=sys0* sys1*sys2*w/(1+sys1*sys2*sys3*w);
t=0:0.001:0.06;
step(closys1,t);
grid on
未经过小参数环节合并的电流环单位阶跃响应。
转速超调量为，过渡过程小于0.5s，满足设计指标要求。
未经过小参数环节合并的转速环频率响应。
根据设计结果的模拟**，可以得到设计的调节系统稳态时转速无误差。可看出：作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。
双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必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，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。
可以得出：可以按小惯性环节的降阶处理方法，将小惯性环节合并成一个惯性环节，简化转速环，而且不影响输出结果。
6.建立转速电流双闭环直流调速系统的simulink**模型。
1. 上述分析设计结果进行**。
各个out端口处的阶跃响应曲线如下图所示：
分析图可知，转速超调量和过渡时间均符合要求，如下图所示：
将输出用示波器**，如下图所示：
图中各示波器如下图所示：
scope2（电流调节器输出）
scope3（电流）
scope4(转速)
由图发现**结果与理论结果有较大差别，原因可能在于图中的限幅元件。
7.总结：
通过完成这次大作业，再一次熟悉了matlab的使用，对于课堂上讲到的工程设计本来不是很明白，完成大作业后对课程内容也进一步加深了理解，尤其是工程设计的方法和过程。熟悉了simulink的使用，但是在使用simulink过程中遇到了不少问题，很多次出现了错误，也算是一个经验教训。
scope1**速调节器输出）
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