计算机控制技术技术计算机控制技术计算机控制计算机工业控制计算机.pdf

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1、博名N4大挈SHENYANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 计算机控制技术课程设计报告目 录1 .课程设计目的.12 .课程设计题目和要求.12.1 课程设计题目.12.2 课程设计要求.13.设计内容.23.1 M A T L A B仿真软件国内外应用发展动态.23.2 M A T L A B仿真软件简介.33.3 转速单闭环调速系统的S I M U L I N L 仿真.44.设计总结.7参考书目.81.课程设计目的在学习完 计算机控制与仿真技术相关课程之后进行的一个重要的实践性教学环节，是电气自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，是工程技术应用型人才培养目

2、标的重要组成部分，是走向工作岗位、从事专业技术之前的一项综合性技能训练，对学生的职业能力培养和实践技能训练具有相当重要的意义。通过课题设计，可提高学生综合运用知识的能力，能巩固课程知识，加深对理论知识的理解，巩固和扩展学生的知识领域、训练学生综合运用所学的理论知识，培养学生严谨的科学态度和提高独立工作的能力，提升学生发现问题和解决问题的能力，从而能初步解决一些实际问题。通过设计，能初步掌握应用MATLAB软件设计方法。独立获取新知识、新信息的能力，熟悉国家有关技术和经济方面的方针政策和安全规程，训练使用设计手册的技术资料的能力；2.课程设计题目和要求2.1 课程设计题目转速单闭环调速系统的仿真

3、2.2课程设计要求完成转速单闭环调速系统的SIMULINL仿真设计。根据实际控制对象的参数设计出满足系统控制性能指标的控制系统。设计控制器，建立各种控制系统的仿真模型并给出仿真结果。同时根据实际控制对象的参数设计出满足系统控制性能指标的控制系统。3.设计内容了解MATLAB仿真软件国内外应用发展动态；介 绍MATLAB仿真软件简介；运 用MATLAB软 件 进 去 转 速 单 闭 环 调 速 系 统 的 传 递 函 数 设 置 及SIMULINK动态结构图；构建转速单闭环调速系统的线性状态空间模型；同时绘出转速单闭环调速系统的传递单位阶跃响应曲线及系统单位脉冲响应曲线；再进行转速单闭环调速系统

4、的伯德图及系统的频域分析；3.1 MATLAB仿真软件国内外应用发展动态目前，MATLAB已经成为国际上最流行的科学与工程计算的软件工具，现 在 的MATLAB已经不仅仅是一个“矩阵实验室”了，它已经成为了一种具有广泛应用前景的全新的计算机高级编程语言了，有人称它为“第四代”计算机语言，它在国内外高校和研究部门正扮演着重要的角色。MATLAB语言的功能也越来越强大，不断适应新的要求提出新的解决方法。可以预见，在科学运算、自动控制与科学绘图领域MATLAB语言将长期保持其独一无二的地位。MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。

5、包 括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强,操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。23.2 MATLAB仿真软件简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环

6、境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了 一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计 语 言（如 C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和 Mathematical M aple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理

7、、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故 用 MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并 且 MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C+,JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和

8、文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包 括 MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着 MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强,操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。33.3 转速单闭环调速系统的S I M U L I N L仿真3.3.1转速单闭环调速系统的

9、传递函数设置及S I M U L I N K动态结构图转速单闭环调速系统是由给定信号，信号综合1，比例积分调节器传递函数，整流器传递函数，信号综合2,电机电枢传递函数，传递装置，电势系数，测速反馈系数，电机转速模块组成。各个装置如下设值：Zs+1比例积分调节器传递函数：0.4s+15s 4-1整流器传递函数：五H i电机电枢传递函数：1传递装置：2TTT电势系数：2 5测速反馈系数00117 8由如上设置可绘出转速单闭环调速系统的S I M U L I N K动态结构图如图3-1所示图3-1转速单闭环调速系统的S IMULIN K动态结构图3.3.2转速单闭环调速系统的线性状态空间模型在M A

10、 TL A B命令窗口运行以下命令：A,B,C,D l in m o dC u n t it l ed,）可得到线性系统的一个线性状态空间模型的（A,B,C,D）描述:4A=-0.5000005.2632-1.5000-2.500000-7.5000-10.0000-0.66670-13.0000-16.6667-0.7778-5.2632B=01.00005.0000|8.3333C=12.5000 0 0 0D=03.3.3 转速单闭环调速系统的传递单位阶跃响应曲线及系统单位脉冲响应曲线在 MATLAB命令窗口运行如下程序可得仿真结构。图3-2系统的传递单位阶跃响应曲线图3-3 系统单位脉

11、冲响应曲线程序如下：a,b,c,d=linmod2(untitled,);sys=ss(a,b,c,d);figure(l)step(sys)figure(2)impulse(sys)53.3.4绘制转速单闭环调速系统的伯德图及系统的频域分析用函数命令可以编写如下程序段：a,b,c,d=linmod2(untitled IT);sys(a,b,c,d);margin(sys)6该转速单闭环系统的频域性能指标为:幅值值域度：Gm=inf穿越频率：Wcg=inf相位域度：Pm=21.4deg剪切频率：Wcp=22.4/s4.设计总结本设计为转速单闭环系统，通过调试和仿真，该系统能够很好的实现直流电

12、机的调速，并且调速具有一定的稳定性。采用闭环控制，当电动机负载或电源电压波动时，电动机的转速能稳定在一定的变化范围内。当然，系统也存在一定的不足，由于运用的是单闭环控制，所以在调速的过程中，系统的稳态性能还不尽如人意，在一定的调速范围内能满足要求，而在一些要求比较高的系统中，就很难实现。这时就应该采用双闭环调速系统，即由电流和转速两个调节器进行综合的调节。另外，系统是不可逆的，所以电动机的机械特性不能在四象限中实现。电动7机在1/3象限转到2/4 象限时，表明电动机运行转入发电制动状态，由于没有逆变电路，电能就不能回馈到电网中，这样就造成了电能的浪费，而直流电机的可逆拖动系统就能解决这种问题。

13、还应值得注意的是，当使用直流可逆电力拖动系统时，还应当注意，电路有无环流。环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。环流对系统的影响是致命的，可能造成电源的短路，因此设计时当注意这一点。二周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学共同分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。通过这次课程设计，我增强自己的能力，累积了经验，在以后的职业生涯中可以更好的定位我自己，感谢同学和老师对我的帮助和支持，我会在今后的道路上更加努力的。参考书目 1 杨立，齐建玲，曲凤娟，等.计算机控制与仿真.北京：中国水利水电出版社，2 0 0 6.2 刘卫国.M A T L A B 程序设计教程.北京：中国水利水电出版社，2 0 1 0.2.8