运动控制——MATLAB仿真.doc

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1、大作业:直流双闭环调速MATLAB仿真课程名称：运动控制技术姓名：学院：电气学院专业：自动化学号：指导教师：孟濬2012年6月2日-------浙------江------------------------大------学-------李超一、Matlab仿真截图及模块功能描述Matlab仿真截图如下，使用Matlab自带的直流电机模型：模块功能描述：⑴电机模块（DiscreteDC_Machine）：模拟直流电机⑵负载转矩给定（LoadTorque）：为直流电机添加负载转矩⑶Demux：将向量信号分

2、离出输出信号⑷转速给定（SpeedReference）：给定转速⑸转速PI调节（SpeedController）：转速PI调节器，对输入给定信号与实际信号的差值进行比例和积分运算，得到的输出值作为电流给定信号。改变比例和积分运算系数可以得到不同的PI控制效果。⑹电流采样环节（1/z）：对电流进行采样，并保持一个采样周期⑺电流滞环调节（CurrentController）：规定一个滞环宽度，将电流采样值与给定值进行对比，若：采样值＞给定值+0.5*滞环宽度，则输出0；若：采样值＜给定值—0.5*滞环宽度，

3、则输出1；若：给定值—0.5*滞环宽度＜采样值＜给定值+0.5*滞环宽度，则输出不变输出值作为移相电压输入晶闸管斩波器控制晶闸管触发角⑻晶闸管斩波GTO：根据输入电压改变晶闸管触发角，从而改变电机端电压。⑼续流二极管D1：在晶闸管关断时为电机续流。⑽电压传感器Vd：测量电机端电压⑾示波器scope：观察电压、电流、转速波形系统功能概括如下：直流电源通过带GTO的斩波器对直流电机进行供电，输出量电枢电流ia和转速wm通过电流环和转速环对GTO的通断进行控制，从而达到对整个电机较为精确的控制。下面对各个部分

4、的功能加以详细说明：（1）直流电机双击电动机模块，察看其参数：为了了解电机的内部结构，右键、点击LookUnderMask，如下图所示：（2）负载该模型采用了两种类型的负载可供选择，即恒转矩负载与阶跃转矩负载，（TorqueStep）（3）速度控制环速度控制主要是通过速度控制器实现的。速度控制器的输出为Iref，是下一级的电流控制器的参考输入。wm和wref是速度控制器的两个输入，其中wm表示电机转速；wref是参考转速输入，通过一个选择开关将两个速度参考输入接入：Ref.Speed和SpeedStep

5、。双击SpeedStep，得到其详细情况：用示波器观察如下所示：在速度控制器（SpeedControl）上右键、点击LookUnderMask后，得到具体结构如下所示：由此可见，速度控制器实际上是一个比例积分环节PI：Iref=(wref-wm)*(Kp+)相应的，双击速度控制器，得Kp=1.6，Ki=16，限流值30A，即：Iref=(wref-wm)*(1.6+)（4）电流控制环Iref和Ia是电流控制器的两个输入，只是Ia先经过了滤波器Filter。双击Filter以了解其详情：电流控制器的输出信

6、号接入GTO的门极以实现其开关。在电流控制器上右键>LookUnderMask后，具体结构如下所示：这是个滞环比较结构。当Iref大于Ia时，输出为1，当Iref小于Ia时，输出为0。（5）开关管GTOGTO的门极驱动信号为电流控制器的输出，当输出为1时，GTO开通，当输出为0时，关断GTO，电枢回路通过电感Ls和而二极管D1续流。其参数如图所示：（6）示波器Scope是示波器，双击之，得其图像。这个主要是用来观察在给定信号后电动机各个量的变化情况。二、仿真结果及分析当转速改变、转矩改变下电机运行性能会

7、发生很大的改变，下面分别予以仿真分析。（1）首先看当转矩选择恒转距5Nm、转速参考量选择常量120rad/s时和转矩转速均为阶跃信号的结果。上图是电机的起动过程：速度控制器的参考端突加给定120rad/s，电机开始启动。初始转速为0，速度控制器的输出饱和30A。当电流从0开始增长时，电流控制器的输出为1，GTO导通，电流很快达到饱和值30A左右，GTO关断。随着电机转速逐渐上升，反电动势将增大，电枢电流减少，当下降到30A以下时，GTO重新开通，电流上升；如此电流在30A附近不断变化。最后，电流基本稳定

8、在30A左右，但是此时转速尚未上升到给定值。一旦转速超过120rad/s时，速度控制器将退出饱和，GTO关断，电枢电流将会慢慢下降，随之电机的输出转矩下降；电机转矩小于负载转矩时，点击开始减速，逐渐回到速度给定值，此时电枢电流也达到稳定。最终，电流和转速都逐渐趋于稳定值。进一步放大得到更精确的图像与预测结果基本一致。（2）突加转矩的情况结果如下图所示：放大后如下图所示：可以看出，在1.2s突加转矩之前的图像与上一种情况完全一样。在突加转矩之