运动控制系统课程设计报告材料
运动控制系统的课程设计
运动控制系统的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解运动控制系统的基本概念、组成和分类。
2. 学生能掌握运动控制系统中常见传感器的原理和应用。
3. 学生能描述运动控制系统的执行机构工作原理及其特点。
4. 学生了解运动控制算法的基本原理，如PID控制、模糊控制等。
技能目标：1. 学生具备运用所学知识分析和解决实际运动控制问题的能力。
2. 学生能设计简单的运动控制系统，并进行仿真实验。
3. 学生能熟练使用相关软件和工具进行运动控制系统的调试与优化。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对运动控制系统相关技术的兴趣，激发学习热情。
2. 学生养成合作、探究的学习习惯，培养团队协作精神。
3. 学生认识到运动控制系统在工程实际中的应用价值，增强社会责任感。
课程性质：本课程为电子信息工程及相关专业高年级学生的专业课程，旨在帮助学生掌握运动控制系统的基本原理、设计方法和实际应用。
学生特点：学生已具备一定的电子、电气和控制系统基础，具有较强的学习能力和实践操作能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，强调学生的动手能力和创新能力培养。
通过本课程的学习，使学生具备运动控制系统设计、调试和应用的能力。
教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 运动控制系统概述- 运动控制系统的基本概念、组成和分类- 运动控制系统的发展及应用领域2. 运动控制系统传感器- 常见运动控制传感器的工作原理、特性及应用- 传感器的选型及接口技术3. 执行机构- 电动伺服电机、步进电机、液压气动执行机构的工作原理及特点- 执行机构的控制策略及性能分析4. 运动控制算法- PID控制算法原理及其在运动控制中的应用- 模糊控制、神经网络等其他先进控制算法介绍5. 运动控制系统设计- 系统建模、控制器设计及仿真- 硬件在环（HIL）仿真与实验- 运动控制系统调试与优化6. 运动控制系统实例分析- 分析典型运动控制系统的设计过程及解决方案- 案例教学，培养学生的实际操作能力教学内容安排与进度：- 第1周：运动控制系统概述- 第2-3周：运动控制系统传感器- 第4-5周：执行机构- 第6-7周：运动控制算法- 第8-9周：运动控制系统设计- 第10周：运动控制系统实例分析教材章节关联：本课程教学内容与教材中第3章“运动控制系统”相关内容相衔接，涵盖第3章中的3.1-3.5节。
运动控制系统课程设计报告
运动控制系统课程设计第1章绪论1.1设计目的和意义1.2设计任务第2章双闭环直流脉宽调速系统的原理设计2.1 方案选定2.2 桥式可逆PWM变换器的工作原理2.3 双闭环直流调速系统的静特性分析2.4 双闭环直流调速系统的稳态构造图第3章双闭环直流脉宽调速系统的硬件电路设计3.1 硬件构造3.1.1 主电路3.1.2 泵升电压限制3.2 主电路参数计算和元件选择3.2.1 整流二极管的选择3.2.2 绝缘栅双极晶体管的选择3.3 调节器参数设计和选择3.3.1调节器工程设计方法的根本思路3.3.2 电流环的设计3.3.2.1 确定时间常数3.3.2.2 选择电流调节器构造3.3.2.3 选择电流调节器参数3.3.2.4 校验近似条件3.3.2.5 计算ACR的电阻和电容3.3.3 转速环的设计3.3.3.1 确定时间常数3.3.3.2 ASR构造设计3.3.3.3 选择ASR参数3.3.3.4 校验近似条件3.3.3.5 计算ASR电阻和电容3.3.3.6 检验转速超调量3.3.3.7 校验过渡过程时间3.4 反应单元3.4.1 转速检测装置选择3.4.2 电流检测单元3.5 系统动态构造图第4章系统仿真总结参考文献第1章绪论电动机作为最主要的动力源和运动源之一，在生产和生活中占有十分重要的地位。
电动机的调速控制方法过去多用模拟法，随着单片机的产生和开展以及新型自关断元器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化[1]。
1.1设计目的和意义〔1〕、通过对电力拖动控制系统的设计，了解电力电子、自动控制原理及电力拖动自动控制系统课程所学容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力，为今后从事技术工作打下必要的根底。
〔2〕、运用?电力拖动控制系统?的理论知识设计出满足任务书要求的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。
1.2设计任务〔1〕总体方案确实定；〔2〕主电路原理及波形分析、元件选择、参数计算；〔3〕系统原理图、稳态构造图、动态构造图；〔4〕电流环、转速环的参数的设计；〔5〕根据电流环、转速环的参数构建仿真模型；〔6〕进展MATLAB仿真；第2章双闭环直流脉宽调速系统的原理设计2.1 方案选定直流双闭环调速系统的构造图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM 装置。
运动控制课程设计报告
《运动控制系统》课程设计学院：物联网工程学院班级：自动化姓名：学号：日期： 2015.6.15-2015.6.21成绩：目录1直接转矩控制的基本原理及特点--------------------------错误!未定义书签。
1.1直接转矩控制系统原理 --------------------------错误!未定义书签。
1.2直接转矩控制系统的特点-------------------------4 2直接转矩控制的计算模型--------------------------------错误!未定义书签。
2.1定子磁链计算模型------------------ 错误!未定义书签。
2.2转矩计算模型 -----------------------------------53直接转矩控制系统的SIMULINK仿真模型-------------------53.1磁链和转矩调节器仿真模块------------------------53.2转速调节器仿真模块------------------------------63.3电压矢量选择仿真模块----------------------------63.4 3/2变换仿真模块-------------------------------73.5电机模型仿真模块--------------------------------73.6转矩计算模型仿真模块----------------------------83.7 K/P变换仿真模型模块----------------------------83.8磁链选择模块------------------------------------94比较直接转矩控制系统的仿真波形------------------------95总结和展望-------------------------------------------121直接转矩控制的基本原理及特点直接转矩控制系统简称DTC（Direct Torque Control）系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另外一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。
运动控制系统综合课程设计报告
运动控制系统综合课程设计报告学院/班级：指导老师：成员：主题：转速电流双闭环调速系统的工程设计202 年月日一、设计目的二、设计方案三、MATLAB电路设计四、测试结果与分析一、设计目的1 应用交、直流调速系统的基本知识,结合实际生产，确定系统的性能指标,进行运动控制系统设计。
2 应用计算机仿真,通过MATLAB建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真,掌握系统参数对系统性能的影响。
二、设计方案1. 主电路选用晶闸管整流电路,控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。
电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器,构成了电流环和转速环,电流环通过电流元件的反馈作用稳定电流,转速环通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定,最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。
两组晶闸管相互配合实现电动机的可逆运行，提高了系统的快速制动和反向运行能力。
系统设计总体框图2.因为在起动期间需要保持电枢电流恒定不变；在稳定运行期间需要保持电机的转速恒定不变，所以需要构造电流环和转速环两个反馈环节。
电流环在里面转速环在外面。
起动过程结束时，实现电枢电流自动与负载电流相平衡，速度调节器选用PI调节器，其输出就能满足起动期间的要求，系统是稳定系统，速度调节器的输出能满足起动结束的要求。
①电流环起动时维持最大电流不变，解决了最短时间起动的问题；②转速环在外面解决了系统起动结束后的抗干扰问题；③如果系统是一个稳定性系统，那么速度调节器的输出能自动与电流反馈相平衡。
MATLAB仿真静特性图当控制系统接到停车命令后，转速给定会立即变零。
但转速反馈信号不能立即发生，造成速度调节器的输入偏差信号立即等于转速反馈信号，导致ASR的输出立即达到反向饱和状态。
由于ACR的给定信号和反馈信号此时的极性相同，又导致ACR产生反向饱和。
由于电感上的电流不能发生突变,所以尽管反组桥触发角在整流区但外部条件还没有满足，因此处于待整流状态。
运动控制系统课程设计-精选文档
2 查阅参考资料
（1）应去图书馆借阅相关参考资料。 （2）应上网查阅相关文献。 （3）参考文献主要包括：直流调速系统、交
流调速系统、电力电子技术、电子技术、半 导体功率器件等方面。
3 确定技术要求
根据所选控制系统的技术参数进一步细化技 术要求。首先确定控制系统方案，确定每一 级的具体技术指标（如放大倍数，输入输出 电阻，电源电压等）。
2. 转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系 统的仿真与设计
3.基于稳态模型的数字式恒压频比控制的交 流调速系统的仿真与设计
三 设计参数 1.交直流电机实例
直流电机： (1)光驱 (2)按摩椅 (3)电钻 (4)榨汁机
交流电机： (1)自动化流水线 (2)自动门 (3)洗衣机 (4)数控机床
额定励磁电压220V 功率因数0.85
电枢电阻0.1欧姆 电枢回路电感100mH
电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数1.5
额定转速1430rpm
环境条件: 电网额定电:380/220V; 电网电压波动:10%; 环境温度:-40~+40摄氏
度; 环境湿度:10~90%.
调速ห้องสมุดไป่ตู้围：D＝20；
电网电压波动10%;
电流超调量小于等于
环境温度:-40~+40摄氏 5%;
度;
空载起动到额定转速时
环境相对湿度:10~90%. 的转速超调量小于等于
30%;
稳速精度：0.03.
四 设计步骤
1. 选题 （1）每个班选题的具体要求是： ①按学号尾数选择相应的题目,学号为1、4、7、0的选题1；
控制系统性能指标:
运动控制专题实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着科技的不断发展，运动控制技术已成为现代工业、军事、医疗等领域的关键技术之一。
运动控制系统通过对运动物体的位置、速度、加速度等参数进行精确控制，实现各种复杂运动任务。
本实验旨在通过对运动控制系统的设计与实现，掌握运动控制的基本原理和方法。
二、实验目的1. 理解运动控制系统的基本原理和组成；2. 掌握运动控制系统的设计方法；3. 学习运动控制系统的实现技术；4. 培养实际操作能力和创新能力。
三、实验内容本实验主要分为以下几个部分：1. 运动控制系统概述：介绍运动控制系统的基本概念、组成、分类和特点。
2. 运动控制器：学习运动控制器的种类、原理、功能和性能指标。
3. 运动控制算法：研究常用的运动控制算法，如PID控制、模糊控制、自适应控制等。
4. 运动控制系统设计：根据实际需求，设计运动控制系统，包括系统结构、参数选择和算法实现。
5. 运动控制系统实现：利用运动控制器和实验平台，实现运动控制系统，并进行实验验证。
四、实验步骤1. 运动控制系统概述：- 学习运动控制系统的基本概念和组成；- 了解运动控制系统的分类和特点；- 分析运动控制系统的应用领域。
2. 运动控制器：- 学习运动控制器的种类、原理和功能；- 分析运动控制器的性能指标和选择方法；- 熟悉常见运动控制器的操作方法和编程接口。
3. 运动控制算法：- 学习PID控制、模糊控制、自适应控制等运动控制算法；- 分析各种算法的优缺点和适用范围；- 熟悉各种算法的编程实现。
4. 运动控制系统设计：- 根据实际需求，确定运动控制系统的性能指标；- 设计运动控制系统的结构，包括控制器、执行器、传感器等；- 选择合适的运动控制算法，并进行参数优化。
5. 运动控制系统实现：- 利用运动控制器和实验平台，搭建运动控制系统；- 编写运动控制程序，实现运动控制算法；- 进行实验验证，分析实验结果，调整系统参数。
五、实验结果与分析1. 实验结果：- 实验过程中，成功搭建了运动控制系统，实现了预定的运动控制任务； - 通过实验验证，运动控制系统具有良好的稳定性和准确性。
运动控制系统课程设计及综合实验
运动控制系统课程设计大纲
一、课程设计内容安排：
第一部分：
完成一个典型逻辑无环流直流调速系统工程设计实例；
第二部分：
完成一个逻辑无环流可逆直流调速系统的综合实验
二、设计系统对象原始数据：
电动机：功率P NOM=180W，U NOM=220V，I NOM=1.2134A,n nom=1500r/min,电枢内阻Ra=1.25,整流装置内阻Rrec=1.3,平波电抗器内阻R L=0.3,GD2=3.53,整流回路总电感L=200mh,系统允许最大过载倍数λ=1.5
三、系统工程设计要求：
1、系统性能指标要求：电流超调量σi%≤5%，空载启动到额定转速时的超调量σn%≤10%，空载启动到额定转速时过度过程时间ts≤0.5s。
2、主电路结构（结构图）采用三相全控桥电路，各单元部件/元件的电压、电流和功率的选择应满足系统对象的要求。
3、双闭环控制调节器的参数设计采用工程设计方法（书中例题设计过程）。
4、系统按逻辑无环流可逆控制设计
三、系统综合实验
1、单元电路测试
2、系统连接
3、系统实验调试
4、系统综合性能指标测试
四、课程设计报告要求
1.编写设计说明书一分，系统电路原理总图一张
2、附综合实验报告
2、写出课程设计过程中自己的运行结果分析、体验与收获。
重庆大学运动控制系统课程设计报告
重庆大学本科学生课程设计（论文）运动控制系统课程设计报告直流可逆调速系统设计指导教师： XXX学生： XXX学号： XXX专业：自动化班级： 02班设计日期： 2014.9.22—2014.9.29重庆大学自动化学院2014年9月课程设计指导教师评定成绩表指导教师评定成绩：指导教师签名：年月日自动化学院2011级自动化专业运动控制系统课程设计任务书一、课程设计的教学目的和任务运动控制系统是通过控制电动机电压、电流、频率等输入量，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。
在电力、工业、交通、航空航天等很多领域具有广泛的应用。
运动控制技术不但本身是一项高新技术，而且还是其它多项高新技术发展的基础。
因此，提高学生的运动控制系统综合设计和应用能力是教学计划中必不可少的重要一环。
通过运动控制系统的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是利用互联网检索文献资料的能力。
2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。
4、提高学生的运动控制系统分析和设计能力。
5、提高学生课程设计报告撰写水平。
二、课程设计的基本要求1、在整个设计中要注意培养灵活运用所学的运动控制系统相关知识和创造性的思维方式以及创造能力。
课程设计从确定方案到系统设计要求有理有据，仿真过程要求图文并茂，论证充分。
2、在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力。
要求学生在教师的指导下，独力完成课程设计的所有内容，严禁抄袭。
3、课题设计报告要求严格按照课程设计排版要求规范格式，且文字通顺，逻辑性强。
4、课题设计报告内容部分字数要求为6000字左右。
（A4纸打印8页左右）三、参考资料1、阮毅, 陈伯时.电力拖动自动控制系统——运动控制系统（第4版）. 北京: 机械工业出版社, 20092、洪乃刚. 电力电子、电机控制系统的建模和仿真. 北京: 机械工业出版社, 20103、林飞, 杜欣. 电力电子应用技术的MATLAB仿真. 北京: 中国电力出版社, 20084、顾春雷等，电力拖动自动控制系统与MATLAB仿真，清华大学出版社，2011四、课程设计的工作计划课程设计时间总共5天。
运动控制课程设计报告书
运动控制系统课程设计专业：自动化设计题目：双闭环直流电机调速系统设计班级：学生：学号：11号指导教师：分院院长：教研室主任：电气工程学院一、课程设计任务书1.设计参数直流他励电动机：功率Pe ＝145KW ，额定电压Ue=220V ，额定电流Ie=733A,磁极对数P=2，ne=430r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.0015Ω,主电路总电阻R ＝0.036Ω，Ks=41.5，电磁时间常数TL=0.0734ms ，机电时间常数Tm=0.0926ms ，滤波时间常数Ton=Toi=0.01s ，过载倍数λ＝1.2，电流给定最大值 8V U im =*，速度给定最大值10V U n =* 2.设计容1）根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。
2） 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算。
3）驱动控制电路的选型设计。
4）动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR 调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。
5） 绘制V —M 双闭环直流不可逆调速系统电器原理图，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。
3.设计要求：1）该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速围（10D ≥），系统在工作围能稳定工作。
2）系统静特性良好，无静差（静差率2S ≤）。
3）动态性能指标：转速超调量8%nδ<，电流超调量5%i δ<，动态最大转速降810%n ∆≤~，调速系统的过渡过程时间（调节时间）1s t s≤。
4)系统在5%负载以上变化的运行围电流连续。
5)调速系统中设置有过电压、过电流保护，并且有制动措施。
6)主电路采用三项全控桥。
4. 课程设计报告要求 1）、要求在课程设计答辩时提交课程设计报告。
2）、报告应包括以下容： A 、系统各环节选型 主回路方案确定。
运动控制系统课程设计资料报告材料
《运动控制系统》课程设计报告时间2014.10 _学院自动化 _专业班级自1103 _姓名俊博__学号41151093指导教师月斗 ___成绩 _______摘要本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。
并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。
关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真AbstractThis course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation.Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation目录摘要 (1)Abstract (1)引言 (1)1 实验容 (2)2实验设备 (2)3 实验设计原理 (2)3.1 V-M系统原理 (2)3.2 三相桥式整流电路 (2)3.3 保护电路部分 (3)3.4 直流电源电路 (4)3.5 VT触发电路 (5)3.6 ASR控制电路 (5)3.7 ACR控制电路 (7)3.7 电流检测电路 (8)3.7 转速检测电路 (9)4 系统工作原理 (9)5 调节器参数的计算过程 (10)5.1 参数以及设计要求 (10)5.2 相关参数计算 (11)5.3 电流环设计 (11)5.4 转速环设计 (14)6 Matlab仿真 (18)6.1 启动过程仿真 (18)7心得体会 (19)参考文献 (21)附录 (22)1 主电路原理图 (22)2 仿真模型图 (22)3启动波形图 (23)引言《运动控制系统》课程设计需综合运用所学知识针对一个较为具体的控制对象或过程进行系统设计、硬件选型。
运动控制系统课程设计算
运动控制系统课程设计算一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握运动控制系统的基本原理、方法和应用。
具体包括：1.知识目标：学生能够理解运动控制系统的概念、组成、工作原理和分类，掌握常用的运动控制算法和策略，了解运动控制系统在工程中的应用。
2.技能目标：学生能够运用运动控制系统的基本原理和方法解决实际问题，具备分析和设计运动控制系统的的能力。
3.情感态度价值观目标：学生能够认识运动控制系统在现代工业和日常生活中的重要性，培养对运动控制技术的兴趣和热情，提高创新意识和团队合作能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括：1.运动控制系统的基本概念、组成和分类。
2.运动控制系统的数学模型和分析方法。
3.常用的运动控制算法和策略，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
4.运动控制系统的仿真和实验，包括硬件设备和软件工具的使用。
5.运动控制系统在工程中的应用案例。
三、教学方法为了达到本课程的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握运动控制系统的基本概念、原理和算法。
2.案例分析法：通过分析实际应用案例，使学生了解运动控制系统在工程中的应用和设计方法。
3.实验法：通过实验操作，使学生熟悉运动控制系统的硬件设备和软件工具，培养学生的动手能力。
4.讨论法：通过分组讨论和课堂讨论，激发学生的思考和创造力，提高团队合作能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，将准备以下教学资源：1.教材：选用《运动控制系统》作为主教材，提供系统的理论知识。
2.参考书：推荐《运动控制工程》等参考书籍，为学生提供更多的学习资料。
3.多媒体资料：制作课件和教学视频，以图文并茂的形式展示运动控制系统的原理和应用。
4.实验设备：准备运动控制实验平台和相关设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多种方式，以全面、客观地评价学生的学习成果。
具体包括：1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等形式的评估，考察学生的学习态度和课堂表现。
运动控制课程设计报告
带电流截止负反馈的转速闭环可逆直流调速系统的仿真与设计一、设计目的1、应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。
2、应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。
3、在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。
二、设计任务带电流截止负反馈的转速闭环可逆直流调速系统的仿真与设计三、设计参数直流电动机控制系统设计参数如下：输出功率为:7.5Kw 电枢额定电压220V电枢额定电流 36A 额定励磁电流2A额定励磁电压110V 功率因数0.85电枢电阻0.2欧姆电枢回路电感100mH电机机电时间常数2S 电枢允许过载系数1.5额定转速 1430rpm测速发电机：永磁式，ZYS231/110型额定数据为23.1W,110V,0.18A,1800r/min四、环境条件电网额定电:380/220V;电网电压波动:10%;环境温度:-40~+40摄氏度;环境湿度:10~90%.五、控制系统性能指标电流超调量小于等于5%;空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%;调速范围D＝20;静差率小于等于0.03.六、问题的提出众所周知，直流电动机全电压起动时，如果没有采取专门的限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电动机换向不利，对于过载能力低的晶闸管等电力电子器件来说，更是不允许的。
采用转速负反馈的单闭环调速系统（不管是比例控制的有静差调速系统，还是比例积分控制的无静差调速系统），当突然加给定电压U*n时，由于系统存在的惯性，电动机不会立即转起来，转速反馈电压Un仍为零。
因此加在调节器输入端的偏差电压，ΔUn=U*n，差不多是稳态工作值的（1+K）倍。
这时由于放大器和触发驱动装置的惯性都很小，使功率变换装置的输出电压迅速达到最大值Udmax，对电动机来说相当于全电压起动，通常是不允许的。
张友斌运动控制系统课程设计
运动控制系统课程设计题目：三相同步电动机FOC控制的仿真设计学院：计算机与电子信息学院专业：电气工程及其自动化班级：电气12-姓名：学号：指导老师：张友斌Contents一Abstract (1)1.1The significance and background (1)1.2The details of design (2)二The principles (3)2.1 基于FOC技术的三相同步电机建模 (3)2.2 同步电动机的磁场定向控制 (4)2.2.1 结构、原理及基本假设 (4)2.2.2 矢量控制的基本原理 (5)2.2.3 气隙磁场定向控制系统的基本结构 (8)2.3 同步电动机的数学模型 (10)2.3.1 同步电机的基本关系式 (10)2.3.2 dq 旋转坐标系下的数学模型 (13)三仿真系统设计 (15)3.1磁场定向控制仿真设计 (15)3.2 矢量控制坐标变换的Simulink实现 (16)3.3 SVPWM算法的Simulink实现 (17)3.4 磁场定向控制系统仿真模型建立 (19)四仿真 (23)4.1基于 MATLAB 的 PMSM 伺服系统仿真模型 (23)4.1.1仿真结果一 (23)4.1.2仿真结果二 (24)五心得体会 (27)一Abstract1.1The significance and background同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。
它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。
正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。
为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因数的。
交流调速系统是指由交流电动机和变频调速装置组成的电力传动系统。
与直流电动机相比，交流电动机具有结构简单、维修方便、转动惯量小、制造成本低的优点，并且适用于恶劣的工作环境，易于向高电压、高速、大容量的方向发展。
运动控制系统课程设计
电机控制技术
详细介绍直流电机、交流电机以 及步进电机等不同类型的电机控 制方法，包括速度控制、位置控 制以及力矩控制等。
传感器与检测技术
阐述运动控制系统中常用的传感 器类型，如编码器、陀螺仪等， 以及它们在系统中的作用和应用 。
学生作品展示与评价
01
作品一
基于PID控制的直流电机调速系统。该系统实现了对直流电机的精确速
智能化发展
随着人工智能技术的不断发展，未来的运 动控制系统将更加智能化，能够实现自适
应控制、自主学习等功能。
多轴协同控制
未来的运动控制系统将实现多轴协同控制 ，能够同时控制多个电机或执行器，提高
系统的整体性能。
高精度控制
随着传感器技术和控制算法的不断进步， 未来的运动控制系统将实现更高精度的控 制，满足高端装备制造等领域的需求。
04
传感器与执行器技术及应用
传感器与执行器概述
传感器定义
01
将非电量转换为电量输出的装置，用于测量和控制系统。
执行器定义
02
将控制信号转换为机械运动的装置，用于实现系统控制目标。
传感器与执行器在控制系统中的作用
03
提供反馈信号和执行控制指令，保证系统稳定性和性能。
常见传感器类型及工作原理
温度传感器
典型运动控制系统分析
直流电机运动控制系统
通过控制直流电机的电枢电压或电枢电流，实现对电机转 速和转向的控制。具有调速范围广、控制精度高等优点， 但存在换向火花等问题。
步进电机运动控制系统
通过控制步进电机的脉冲信号，实现对电机转角和转速的 控制。具有定位精度高、控制灵活等优点，但存在失步等 问题。
交流电机运动控制系统
直流电机驱动技术
运控课程设计报告
运动控制系统课程设计报告班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：目录第一章课程设计内容与要求分析 (1)1.1 课程设计内容 (1)1.2 课程设计要求分析 (2)第二章调节器的工程设计 (8)2.1 调节器的设计原则 (8)2.2 Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 (8)2.4 转速调节器的设计 (13)第三章 Simulink仿真 (18)3.1 电流环的仿真设计 (18)3.2 转速环的仿真设计 (18)3.3 双闭环直流调速系统的仿真设计 (20)第四章课程设计总结 (22)参考文献 (23)第一章 课程设计内容与要求分析1.1课程设计内容1.1.1设计参数三相桥式整流电路，已知参数为：PN=555KW,UN=750V,IN=760A,nN=375r/min,电动势系数Ce=1.82V.min/r,电枢回路总电阻R=0.14Ω，允许电流过载倍数λ=1.5，触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时间常数Tl=0.031s,机电时间常数Tm=0.112s 电流反馈时间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.02s 。
且调节器输入输出电压U*nm=U*in=U*cm=10V,调节器输入电阻R0=40K Ω。
1.1.2 设计内容1）根据题目的技术要求，分析论证并确定闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。
2） 建立双闭环调速系统动态数学模型。
3）动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR 调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。
4） 利用MATLAB 进行双闭环调速系统仿真分析，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。
1.1.3 设计要求1）该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速范围（10D ≥），系统在工作范围内能稳定工作。
2）系统静特性良好，无静差（静差率2S ≤）。
3）动态性能指标：转速超调量δn ≤10%，电流超调量5%i δ<，动态最大转速降810%n ∆≤~，调速系统的过渡过程时间（调节时间）1s t s ≤。
plc运动控制系统课程设计
plc运动控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理，掌握其运动控制系统的组成及功能。
2. 学生能描述常见的运动控制环节，如启动、停止、正反转、速度调节等，并了解其在PLC中的应用。
3. 学生能解释运动控制系统中涉及的传感器、执行器的工作原理及其在PLC 系统中的作用。
技能目标：1. 学生能运用PLC编程软件，设计简单的运动控制程序，实现基本运动控制功能。
2. 学生能对运动控制系统进行调试，诊断并解决简单的故障。
3. 学生能通过小组合作，完成一个综合性的PLC运动控制系统的设计与实施。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动化技术及PLC运动控制系统的兴趣，提高对工程技术学科的认识和热情。
2. 学生在实践过程中，培养团队合作意识，学会相互尊重、沟通与协作。
3. 学生通过课程学习，认识到自动化技术在实际生产中的应用价值，增强学以致用的意识。
课程性质分析：本课程为专业实践课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高学生的动手能力和创新能力。
学生特点分析：学生为高年级本科生，已具备一定的电气工程及自动化基础知识，具有较强的学习能力和探索精神。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重实践操作，以学生为中心，采用项目驱动的教学方法，促使学生主动参与，提高综合运用知识的能力。
通过分解课程目标，确保教学设计和评估的有效性。
二、教学内容1. PLC基本原理与结构：介绍PLC的组成、工作原理、编程语言及通信方式，对应教材第1章内容。
2. 运动控制系统的组成：讲解运动控制系统的基本构成，包括控制器、执行器、传感器等，对应教材第2章内容。
3. 常见运动控制环节：分析启动、停止、正反转、速度调节等环节的实现方法，对应教材第3章内容。
4. PLC编程软件的使用：教授PLC编程软件的操作方法，包括程序编写、下载、调试等，对应教材第4章内容。
5. 运动控制程序设计：指导学生设计简单的运动控制程序，实现基本运动控制功能，对应教材第5章内容。
运动控制系统课程设计报告材料
《运动控制系统》课程设计报告时间2014.10 _学院自动化 _专业班级自1103 _姓名曹俊博__0 / 30学号41151093指导教师潘月斗 ___成绩 _______摘要本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。
并详细分析系统各局部原理与其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进展各种参数给定下的仿真。
关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真AbstractThis course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation.Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation1 / 30目录摘要1Abstract1引言11 实验内容22实验设备23 实验设计原理23.1 V-M系统原理23.2 三相桥式整流电路33.3 保护电路局部43.4 直流电源电路53.5 VT触发电路63.6 ASR控制电路63.7 ACR控制电路83.7 电流检测电路93.7 转速检测电路104 系统工作原理105 调节器参数的计算过程115.1 参数以与设计要求115.2 相关参数计算125.3 电流环设计135.4 转速环设计161 / 306 Matlab仿真206.1 启动过程仿真207心得体会 (19)参考文献21附录221 主电路原理图222 仿真模型图223启动波形图232 / 30引言《运动控制系统》课程设计需综合运用所学知识针对一个较为具体的控制对象或过程进展系统设计、硬件选型。
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《运动控制系统》课程设计报告时间2014.10 _学院自动化 _专业班级自1103 _姓名曹俊博__学号指导教师潘月斗 ___成绩 _______摘要本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。
并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。
关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真AbstractThis course is designed from DC motor, establish the principles of V-Mdouble closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and triggerthe rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start tothe rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation.Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation目录摘要 (1)Abstract (1)引言 (1)1 实验内容 (3)2实验设备 (3)3 实验设计原理 (3)3.1 V-M系统原理 (3)3.2 三相桥式整流电路 (3)3.3 保护电路部分 (4)3.4 直流电源电路 (5)3.5 VT触发电路 (6)3.6 ASR控制电路 (6)3.7 ACR控制电路 (8)3.7 电流检测电路 (9)3.7 转速检测电路 (10)4 系统工作原理 (10)5 调节器参数的计算过程 (11)5.1 参数以及设计要求 (11)5.2 相关参数计算 (12)5.3 电流环设计 (12)5.4 转速环设计 (15)6 Matlab仿真 (19)6.1 启动过程仿真 (19)7心得体会 (19)参考文献 (21)附录 (22)1 主电路原理图 (22)2 仿真模型图 (22)3启动波形图 (23)引言《运动控制系统》课程设计需综合运用所学知识针对一个较为具体的控制对象或过程进行系统设计、硬件选型。
通过课程设计，可以对理论知识融会贯通，培养同学们的系统设计能力，使同学们达到以下能力训练：（1）调查研究、分析问题的能力；（2）使用设计手册、技术规范的能力；（3）查阅文献的能力；（4）制定设计方案的能力；（5）计算机应用的能力；（6）设计计算和绘图的能力；（7）语言文字表达的能力。
本次设计的内容的具体内容是主电路及其保护电路设计，转速、电流调节器及其限幅电路的设计。
双闭环V-M调速系统中主电路电流调节器及转速调节器的设计1 实验内容（1）主回路及其保护系统的设计；（2）转速、电流调节器及其限幅电路的设计；2实验设备1、装有matlab的PC机一台3 实验设计原理3.1 V-M系统原理V-M系统的系统原理图如下。
图中VT是进闸管整流电路，为直流电机提供可控直流电源，GT是晶闸管整流电路的控制器，称为调节触发装置（简称触发器）。
通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud，从而实现平滑调速。
晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）主电路原理图如图3-1。
图3-1晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）主电路原理图3.2 三相桥式整流电路三相整流电路是电机的可控供电电源。
三相桥式全控整流电路必须有两只晶闸管同时导通才能构成电流回路，其中一只在共阴组，另外一只在共阳组，而且这两只导通的管子不在同一相内。
因此，负载电压是两相电压之差，即线电压，一个周期内有六次脉动，它为线电压的包络线。
晶闸管在一个周期内导通120°，关断240°，管子换流只在本组内进行，每隔120°换流一次。
出发脉冲需宽脉冲或双窄脉冲，共阴极组及共阳极组内各管脉冲相位差为120°，接在同一相的不同管子脉冲相位差为180°。
晶闸管按顺序轮流导通，相邻顺序管子脉冲相位差为60°，即每隔60°换流一次。
晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧线电压的电压峰值。
图3-2 晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）主电路原理图3.3 保护电路部分选用用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。
使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。
由于电容两端电压不能突变，所以能有效抑制过电压，串联电阻消耗部分产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。
晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其断态重复峰值值电压一定值时，就会误导通，引发电路故障；当外加的反向电压超过其反向重复峰值电压一定值时，晶闸管将会立即损坏。
因此，必须研究过电压的产生原因及抑制过电压的方法。
过电压产生的原因主要是供给的电压功率或系统的储能发生了激烈的变化，使得系统来不及转换，或者系统中原来积聚的电磁能量不能及时消散而造成的。
本设计采用如图3-3阻容吸收回路来抑制过电压。
图3-3 阻容保护电路由于本系统是不可逆控制系统，电机不能反转。
可以设想，如果系统突然断电，电机的电流突然下降。
感应电动势为：U=di dt晶闸管开关的时间是毫秒级的，所以dt非常小，U非常大。
也就是说，给电机供电的电源突然断开后，电机将产生很大的反电动势。
这个电动势对晶闸管是次冲击，在反复的冲击下，晶闸管会被击穿而不受控制，造成整个电路瘫痪。
因此为了防止这个电压突然加在晶闸管上，所以在电机两端可以并联一个RC电路，R用来消耗电路中的电能，防止RLC振荡，C用来缓冲电机两端的电压，防止电压突变。
图3-4 电机两端RC保护电路除此之外，主电路中还应该设计保险，当系统出现异常之后，能立即断电保护主电路。
3.4 直流电源电路由于运放和触发电路中的器件均需要使用直流电源，所以电路中包含直流电源部分。
直流电源需要先经过整流，滤波，稳压最后得到+15V和-15V的电源。
整流桥使用的是桥式整流电路，滤波电路使用的是大容量电解电容。
稳压使用的是78系列的线性稳压芯片7815和7915芯片。
图3-5 整流稳压电路3.5 VT触发电路晶闸管是半控器件，导通需要触发脉冲。
触发脉冲可以使用模拟电路搭建，但是稳定性不可靠，因此实际电路中多使用集成电路。
由于VM系统正在被PWM系统替代，网上的这方面的资料匮乏，所以这里使用一个虚拟的触发脉冲产生器件。
实际中，产生的脉冲不是单窄脉冲还是双脉冲或者单宽脉冲。
这样可以保证导通的晶闸管均有脉冲。
图3-6 VT脉冲触发电路3.6 ASR控制电路转速调节器ASR调节转速，用电流调节器ACR调节电流。
ASR与ACR之间实现串级连接，即以ASR 的输出电压Ui 作为电流调节器的电流给定信号，再用ACR 的输出电压Uc 作为晶闸管触发电路的移相控制电压。
从闭环反馈的结构上看，转速环在外面为外环，电流环在里面为内环。
为了获得良好的静。
动态性能，转速和电流两个调节器都采用具有输入、输出限幅电路的PI 调节器，且转速与电流都采用负反馈闭环。
ASR 是转速调节器，一般为了有较高的精度，使用PI 调节器。
PI 调节器的传递函数为：(1)()n n ASR n K s W s sττ+=ASR 的加入使外环转速环成为II 型系统环节，所以可对负载变化产生的扰动起主要抗扰作用，且由于ASR 作为ACR 的输入，使得转速n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差。
通常，调节器输出的限幅方法有三种，一种是采用二极管钳位的外限幅电路，一种是采用二极管钳位的负反馈内限幅电路，第三种是采用晶体三极管负反馈内限幅电路。
在这里，我们采用第一种限幅方式，即二极管钳位的外限幅电路。
图3-7 二极管钳位限幅电路图3-8 稳压管钳位的外限幅电路由于PI 调节器的传感器的传递函数可以知道，PI 调节器在模拟电路中表现为比例放大电路和积分电路。
图3-9 ASR 控制电路图中R3为滑动变阻器，是转速的设定端。
这个信号经过放大后，与实际的转速信号进行比较，所得差分信号，然后对差分信号进行比例积分运算。
得到信号必须要进行限幅，这里使用的是二极管钳位限幅。
3.8 ACR 控制电路ACR 为电流调节器，为了获得良好的静、动态性能，电流调节器一般均采用PI 调节器。
由图可知，ACR 的传递函数为：(1)()i i ACR i K s W s sττ+=ACR 的加入使作为内环的电流环成为I 型系统环节，使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输量）变化，实现了时间最优控制。
同ASR 调节器一样，PI 调节器包含一个比例环节和一个积分环节。
用模拟电路实现的方式如下：图3-10 ACR控制电路上面电路中，U*i为电流的设定值。
该信号经过放大之后与实际电流值进行比较。
所得的信号进行比例积分计算，其输出信号为Uc即整流电路的控制信号。
同样为了限制输出上限和下限，使用了二极管钳位电路。
3.9 电流检测电路电枢电流检测的方法有多种，这里使用点数串联电阻的方法。
图3-11 电流检测电流检测电路上图是一个差分信号放大电路，放大的信号经过一个电压跟随器输出。
输出的信号作为电流环的反馈信号。
上图的计算公式为：U i=U d1∗R24R25−U d2∗R27R293.10 转速检测电路控制电路最终的控制的目标就是电机的转速。
因此，任何电机调速系统中，必定存在转速检测电路。
检测电机的转速有多种方式，数字电路中有码盘电路，或者编码器，在模拟电路中一般使用测速电机。