运动控制系统仿真Word文件下载.docx
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电气工程与自动化
班级
12063012
学号
12063230
学生姓名
袁朝海
指导教师
孙曜
完成日期
2016年1月
诚信承诺
我谨在此承诺:
本人所写的毕业论文《运动控制系统仿真实验范例设计》均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。
承诺人(签名):
年月日
摘要
运动控制系统仿真实验范例的设计,分为直流调速系统实验范例和交流调速系统实验范例两类分别进行设计分析。
范例设计的主要目的是使运动控制系统的学习者能够使实验者在进行实际的实验前能够事先有一定的经验,使设计者能够在范例的基础上,针对具体的实际工程问题通过改变模型的参数和模块,进行快速的仿真实验,从而节省设计的时间和成本。
直流系统的设计分为三类,开环调速系统是一种非常简单的、容易实现的系统,但不能自我调节,受扰动信号的影响且无法恢复。
转速负反馈调速系统是对给定信号引入转速反馈环节,能够在一定范围内实现转速的自我调节,但会存在转速超调和启动电流过大的问题。
转速电流双闭环调速系统是在转速反馈调教的基础上增加了电流调节环,可以有效的抑制启动电流过大的问题,在启动时间、超调量、抗扰等方面性能优益。
从三类系统仿真结果的对比分析中,可以看出系统动静态性能和稳定性在逐渐被优化。
交流调速系统是针对异步电机进行矢量控制设计。
在所设计的虚拟仿真范例中,实验者能够直观的、可视化对结果进行分析。
关键字运动控制系统;
实验仿真;
开环;
单闭环;
双闭环;
矢量控制
Abstract
TheDesignofmotioncontrolsystemsimulationexamples,dividedintoexperimentalparadigmandDCspeedcontrolsystemofACspeedcontrolsystemoftwokindsofexamplesaredesigned.Themainpurposeofanalysisparadigmisdesignedtomakethemotioncontrolsystemofthelearnerscanmaketheuserabletoadvancesomeexperienceintheactualexperiment,thedesignercanincaseonthebasis,accordingtotheactualconcreteengineeringproblemsbychangingthemodelparametersandsimulationmodule,fast,savingtimeandcostdesign.ThedesignofDCsystemisdividedintothreecategories,theopen-loopcontrolsystemisaverysimplesystem,easytoimplement,butnotselfregulating,disturbancesignaltheinfluenceandcannotberecovered.Thespeedfeedbackcontrolsystemisforagivensignalintothespeedfeedbacklink,canrealizethespeedinacertainrangeofselfregulating,Buttherewillbeaspeedovershootandstartingcurrentistoolarge.Thecurrentdoubleclosedloopspeedcontrolsystembasedonspeedfeedbacktrainingontheincreaseinthecurrentregulationloopcaneffectivelyrestrainthestartingproblemofexcessivecurrent,thestartingtime,overshoot,antidisturbanceetc.excellentperformance.Acomparativeanalysisfromthreesystemsimulationresults,itcanbeseenthatthesystemdynamicandstaticperformanceandstabilitywasgraduallyoptimized.ACspeedcontrolsystemisdesignedforvectorcontrolofasynchronousmotor.Inthevirtualsimulationexampledesign,theexperimentercanintuitive,visualanalysisoftheresults.
Keywords:
motioncontrolsystem;
Thesimulation;
openloop;
singleloop;
doubleloop;
vectorcontrol
1引言
本次设计的内容是关于运动控制系统仿真实验范例的,大学课程中的运动控制系统是一门综合性很强的专业课程,与电气工程、自动化等专业密切相关。
这门课程的内容涉及了包括自动控制原理以及电路原理、电机拖动技术和电力电子变流技术等方面的知识,运动控制系统是电气工程与自动化专业的学生学习和研究的一个主流的方向。
运动控制系统仿真实验是学生在学习这门课程的过程中必须要了解和学习的,仿真环节是不可或缺的。
目前主流的仿真环境是在Matlab/simulink下进行的。
在当前国内外的运动控制系统实验仿真建模的学习和研究中,Matlab是应用较为广泛的计算机仿真软件。
在现代的工业设计及生产过程中,为了提高产品的品质、质量以及生产的效率,需要对工厂的生产设备和加工工艺的过程进行精确的控制。
控制运动过程的目的实际上就是掌握控制变量的变化规律,使得输出量在不管是否存在扰动对象的情况下都能得到所期望的结果或稳定在某一特定值上下。
而在Simulink下的仿真可以直观的、数据化的看到控制的过程及结果。
基于Matlab\Simulink的运动控制系统实验范例设计,其目的主要是便于学生进行可视化、自主化的仿真实验设计,实验者通过simulink进行仿真模型的建立,可以让实验者更加直观的观看到仿真系统中各控制量的结果和波形图。
可视化的虚拟平台和可以通过网络随时随地进行仿真实验,减少了一些客观因素的限制。
从基本的一些理论知识到复杂的、典型的仿真实例,由浅入深的进行动态的、可视化的交互式的仿真学习,方便了师生之间的交流,而且不受时间地点的限制,学生以及实验者通过在simulink下进行的仿真可以对模型中的各模块的性能、电路连接情况有一定的了解,并且能够直观地看到仿真结果的波形图或在Matlab的工作空间中输出仿真结果,通过对模型中实验参数进行设置或改换,了解不同参数对仿真系统的运行结果的实际影响,能够让实验者在实际的实验之前就能对仿真实验的原理及内容有一定程度的了解,还能够减少由于实验者对仿真实验不够熟悉而导致实验仪器损坏等不良结果,避免因为错误的电路连接和不正确的操作或失误所造成的隐形危险,提高实验者的自主学习能力及对实验的兴趣、和思维能力。
2设计方法介绍
2.1设计工具介绍
Simulink是Matlab开发环境中的主要的组件,在控制系统、控制理论的相关实验仿真中,它提供了一个可视化的、动态的系统建模、仿真以及综合分析的软件。
在simulink下只需要进行简单的一些鼠标操作,通过模型的拖拽和连接即可搭建出复杂的系统模型,这种建模方式具有结构简单以及流程清晰、模型可视、适用范围广、仿真精细、效率高和实验灵活多变等明显的优点。
设计中主要用到Matlab(8.3)R2014a版,在范例设计过程中,仿真模型的搭建过程中,需要实验者掌握Simulink中的工具箱使用,能够熟练的运用其中的相关模块,并且能够熟练应用Simulink中各种库函数。
实验范例设计的虚拟平台的搭建,可以利用guide图形界面设计来完成这部分工作。
Simulink中仿真实验模型的搭建,其中各种模型模块及库函数的使用是基本点,系统实验参数的设计是细节也是重点。
实验范例与实验平台的连接也是通过guide完成的,这个过程中相应的控件的句柄语句以及回调函数是要点。
在仿真系统的运行调试过程中,要根据输出量的scope波形图像对仿真系统的参数进行优化。
然后对实验范例设计反复优化、调试。
在本次运动控制系统反震实验范例设计的仿真中主要用到了Matlab中的Simulink的以下特点:
直观的、图形模块化的仿真模型搭建方式,利用Simulink模块化的建模方式可以迅速建立可视化的运动控制系统仿真实验模型。
快速、准确的Simulink设计模拟,为用户提供了一个图形化的调试工具辅助用户进行运动控制系统的开发搭建。
从上面所分析出的结论可以看出,在老师的教学以及学生的学习过程中,使用Simulink中模型仿真技术与GUIDE界面设计相互配合,进行搭建图形化、模块化、数字化以及可视化的运动控制仿真系统的虚拟实验,以方便老师的教学、学生的学习。
而且在实验者进行实验范例的研究学习时,可以通过计算机网络进入所搭建的虚拟平台进行仿真实验,可以很方便的进入虚拟仿真模型实验环境,可以在调整参数的同时观看仿真实验的输出结果,仿真范例模型的选择是从基本理论知识到有一定程度复杂的典型仿真模型实例,由浅入深的进行相关实验的模型搭建及仿真,大大的方便了实验者们之间进行动态的、可视化的、数据化的交互式系统仿真。
而且通过这种方式的仿真实验受时间、地点等客观因素的限制比较小,实验者通过仿真能够对仿真系统中的各模块的性能、连接电路的搭建情况等有所收获,还能够非常直观的通过scope查看输出波形图或通过工作空间看到仿真结果,在所搭建的模型中可以直接对系统中各参数进行修改和设置,这样便于实验者理解参数在模型仿真中对实验结果的作用,在实际的实验之前就能够对仿真实验的电路连接以及模型搭建有一定程度的了解,能够让实验者熟悉实验范例,避免因为对实验不够熟悉等一些因素而导致实验仪器被破坏的情况发生,同时避免错误电路连接和不精确的参数设置而导致的实验危害。
通过这种虚拟仿真实验环境进行的实验,能够有效的提高实验者对仿真建模的兴趣、积极性和自主学习能力、思维能力。
通过simulink的仿真是理想化的,与实际仿真实验还相比有一定不同,实验者不仅嫩能够通过Matlab仿真加深对仿真实验的理解,还需要多进行一些实际的仿真实验来加强自己实际的动手操作能力和解决问题的能力。
2.2设计方案步骤
这次运动控制系统实验范例设计主要的目的和要达到的要求是:
对运动控制系统中的交流、直流电机调速系统进行设计,包括对矢量控制的交流调速系统和直流调速系统的三个实验范例进行相关设计,并进行模型搭建和数据分析,包括开环控制的直流电机调速系统、转速负反馈控制的单闭环直流电机调速系统、转速电流控制的双闭环直流电机调速系统。
在对实验仿真系统分别进行仿真建模和结果分析后,对比其结论进行实验总结。
在整个运动控制系统仿真实验
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- 关 键 词:
- 运动 控制系统 仿真