机电控制系统——基于MATLAB直流电机双闭环调速系统设计仿真.docVIP

《机电控制系统分析与设计》 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仿真 学院：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：0808108 学号：1080810812 姓名：林珍坤 设计参数 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。 电机参数： 额定功率 200W； 额定电压 48V； 额定电流 4A； 额定转速 500r/min； 电枢回路总电阻 R=8Ω； 允许电流过载倍数 λ=2； 电势系数Ce=0.04V·min/r； 电磁时间常数TL=0.008s； 机电时间常数 Tm=0.5； 电流反馈滤波时间常数Toi=0.2ms； 转速反馈滤波时间常数Ton=1ms 要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U*nm=U*im=10V； 两调节器的输出限幅电压为10V； PWM功率变换器的的开关频率f=10kHz； 放大倍数K=4.8； 动态参数设计指标： 稳态无静差； 电流超调量5%； 空载启动到额定转速时的转速超调量25%； 过渡过程时间ts=0.5s。 设计计算 稳态参数计算 根据两调节器都选用PI调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调节器的输出限幅值均选择为12V 电流反馈系数； 转速反馈系数： 电流环设计 （1）确定时间常数 电流滤波时间常数T=0.2ms，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则 （2）选择电流调节器结构 电流环可按典型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 （3）选择调节器参数 超前时间常数：=T=0.008s 电流环超调量为σ5%，电流环开环增益：应取，则 ===1666.67 于是，电流调节器比例系数为 （4）检验近似条件 电流环截止频率==1666. 67 1/s 近似条件1： 现在，==3333.33，满足近似条件。 2）近似条件2： 现在，==47.43 ，满足近似条件。 近似条件3： 现在，==2357.02，满足近似条件。 MATLAB仿真 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 源程序 sys1=tf(1,[0.0002 1]); sys2=tf(1,[0.0001 1]); sys3=tf(1666.67,[1 0]); figure(1); margin(sys1*sys2*sys3); hold on figure(2) closys1=sys1*sys2*sys3/(1+sys1*sys2*sys3); t=0:0.001:0.08; 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 源程序 sys1=tf(1,[0.0003 1]); sys2=tf(1666.67,[1 0]); figure(3); margin(sys1*sys2); hold on figure(4) closys2=sys1*sys2/(1+sys1*sys2); t=0:0.001:0.08; step(closys2,t); grid on 转速环设计 （1）确定时间常数 电流环的等效时间常数：2=0.0006s 转速滤波时间常数：T=1ms=0.001， 转速环小时间常数近似处理：=2+ T=0.0006+0.001=0.0016s （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，应该按典型Ⅱ型系统校正转速环，因此转速调节器应该选择PI调节器，其传递函数为 （3）选择调节器参数 因要求超调量小于等于百分之二十五，取h=10，则转速调节器的超前时间常数为 =h·T=100.0016=0.016s 转速环开环增益 ==21484 1/ 于是，转速调节器比例系数为 ==53.71 （4）校验近似条件 转速环的开环截止频率为 ==·=214840.016=344 1/s 1)近似条件1： 现在，==666. 67，满足近似条件。 近似条件2： 现在，==430.33 ，满足近似条件。 （5）MATLAB仿真 未经过小参数环节合并的转速环单位阶跃响应 未经过小参数环节合并的转速环频率响应 源程序 sys1=tf(1,[0.0006 1]); sys2=tf(21484,[1 0]); sys3=tf([0.016 1],[1 0]); sys4=tf(1,[0.001 1]); figure(7); margin(sys1*sys2*sys3*sys4); hold on figure(8) closys4=sys1*sys2*sys3*sys4/(1+