自动控制原理课程设计---直流电机调速系统

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1、 课程设计报告 课程名称：课程名称：自动控制原理 设计题目：设计题目：用 SISO Design Tool 设计直流电机调速系统 目录目录 一一 设计目的设计目的2 二二 设计任务与要求设计任务与要求3 1 设计任务3 2 设计要求3 三三 设计方法及步骤设计方法及步骤4 1 设计方法5 2 设计步骤7 四四 小结与设小结与设计收获计收获8 五五 参考文献参考文献8 一一 设计目的设计目的 直流电机是电机的主要类型之一。 一台直流电机既可以作为直流 电动机，又可以作为直流发电机使用。由于其具有良好的调速特性， 在许多调速性能要求的场合仍能得到广泛的运用。 直流电机是人类最 早发明和应用的一种电

2、机。直流电机是将直流电转换成机械能， 与交 流电机相比较，虽然直流电机结构复杂，维护困难，价格比较贵等缺 点制约了它的发展，应用不如交流电机广泛。但由于直流电机有优良 的启动，调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。这次 我们设计的就是他励直流电动机的调速系统， 来进一步了解直流电机 的调速。直流电机结构如图（1） ，外部形象如图（2）所示。 图（1） 图（2）直流电机 二二 设计任务与要求设计任务与要求 1 设计任务设计任务 使用 SISO Design Tool设计直流电机调速系统。 典型电机 结构示意图如图 3 所示， 控制系统的输入变量为输入电压)(tU a ， 系统 输出是电

3、机负载条件下的转动角速度)(t。现设计补偿器的目的是通 过对系统输入一定的电压，使电机带动负载以期望的角速度转动，并 要求系统具有一定的稳定裕度。 图 3 直流电动机调速系统 直流电机动态模型本质上可以视为典型二阶系统， 设某直流电机的传 递函数为 02.4014 5.1 )( 2 ss sG 系统的设计指标为：上升时间 tr0.5s，稳态误差 ess5%，最大超调量 Mp%20dB，相角裕度 o 40。 2 设计要求设计要求 （一） ： 了解使用 SISO 系统设计工具 （SISO Design Tool）进行 系统设计。 （二） ：掌握数模转换器的使用和连接。 （三） ：了解直流电机的结构

4、和种类，以及它的调速性能。 三三 设计方法及步骤设计方法及步骤 （1）将模型载入 SISO 设计工具 在 MATLAB 命令窗口先定义好模型 02.4014 5.1 )( 2 ss sG， 代码 如下： Num=1.5; den=1 14 40.02； G=tf(num,den) 输入sisotool命令，通过file/import命令，将模型G载入SISO工 具中，如图所示： （2）调整补偿器的增益 鼠标移动到 Bode 幅值线上，按下鼠标左键抓取 Bode 幅值线，向 上拖动，释放鼠标，系统自动计算改变的系统增益和极点。既然系统 要求上升时间 tr0.5s，应调整系统增益，使得系统的穿越频率 c位 于 3rad/s。这是因为 3rad/s 的频率位置近似对应于 0