东南大学自动控制基础大型实验.doc

《东南大学自动控制基础大型实验.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、东南大学自动化学院实验报告课程名称：自动控制基础实验名称：自动控制人型实验院（系丄自动化学院专业：自动化姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验吋间：评定成绩：审阅教师：・设计内容1、任务要求（1）给小犁直流电机系统或球式磁悬浮系统，设计完藥的闭环控制系统，采用极点配置的现代理论控制方式，可以借助Simulink软件设计控制器算法，使系统满足给定的性能指标。（2）系统要准确建模。（3）要实物框图,要有Simulink仿真框图和设计计算。（4）实物当面验收和实验报告。（5）时间约10学时,即一周内完成。2、性能指标（1）无静态误差（2）电机相应吋间（3）磁悬浮响应时间〈（4

2、）超调量%1.熟悉环境1、电机组（1）电机的工作原理电磁力定律和电磁感应定律。直流电动机利用电磁力定律产生力合转矩。直流发电机利用电磁感应定律产生电势。电动机包含三部分：固定的磁极、电枢、换向片和电刷。只要维持电动机连续旋转，保证电磁转矩的方向不变，才能维持电动机不停地转动。实现上述现彖的方法是导体转换磁极时，导体的电流方向必须相应的改变。而换向片和电刷就是实现转换电流方向的机械装置。改变电刷A、Ik上电源的极性，也就改变了电机转动的方向。这就是止转反转的原理（2）转矩平衡方程Ed(t)=Kew(t)n町呼粉eqTem是电枢转子受到的电磁转矩，%是电机本身的阻转矩，S是电动机

3、的负载转矩,药是负载折算到转子本身的转动惯量乘以转子的转速。机存在死区可以这样理解，死区主要由摩擦产生，开始时乙要克服％带来的转矩，所以电机在死区范围内，能量都消耗在阻力上。直流电动机采用电枢控制时，机械特性和调节特性都是直线，特性曲线族是平行直线，这衣明直流电机是线性兀件。电枢控制的缺点是需要较大的控制功率，要用较大容量的功率放大器。(箱子里面就有一个)。2、PWM冲宽度调制(PWM),是英文“PulseWidthModulation"的缩写,简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出來対模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

4、脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化來调制晶体管栅极或基极的偏置，來实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点•山于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。3、光码盘光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传

5、感器。这是目前应用最多的传感器,光电编码器是山光栅盘和光电检测装直组成。光栅盘是在一定冇•径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。山于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装匿检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号。4、采集卡数据采集卡采用研华产的PCI-1711,它可直接插在IBM-PC/AT或与Z兼容的计算机内，英采样频率为100K；有16路单端A/D模拟量输入，转换精度均为12位；2路D/A模拟量输出，转

6、换精度均为12位；16路数字量输入，16路数字量输出。接口板安装在计算机内PCI插槽上，通过实验平台转接口与PC上位机的连接与通讯。数据采集卡接口部分包含模拟量输入输出(AI/AO)与开关量输入输出(DI/DO)两部分。其中列出AI有4路，A0有2路，DI/DO各8路。利用计算机做虚拟示波器观察一个模拟信号，可以用导线克接连接到接口中AD端；若使用采集卡中的信号源，用DA输出(即实验屮我们通常将信号输入到AD1端，软件内部信号DA1输出)。5、MATLAB/SIMULINKSimulink是MATLAB最重要的组件Z_,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

7、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已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同吋有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于SimulinkoSimulink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