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
题目
指导教师：
学生：
学号：
专业：自动化
班级：
设计日期：2014.9.15—2014.9.19
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, 2009
2、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, 2010
3、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, 2008
4、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。
1、参考相关资料，消化设计内容（1天）；
2、按要求完成设计任务（2.5天）；
3、按课程设计的规范要求撰写设计报告（1.5天）。
五、备选题目
1. 带电流截止负反馈环节的直流调速系统设计
为了解决转速反馈闭环调速系统起动和堵转时电流过大的问题，可以通过引入电流截止负反馈使得系统在电流大到保护阈值时自动限制电枢电流，而在正常的稳速运行时，电流自动随着负载的增减而变化。
本课程设计内容要求学生设计一个带电流截止负反馈环节的直流调速系统，并基于Matlab/Simulink建立其仿真模型，分析电流截止负反馈功能对系统动、静态特性的影响。
主要设计内容：
（1）查询文献资料或者结合某具体应用背景，自选直流电动机及电枢电路的参数，并设定系统预期性能指标（如调速范围及静差率等）及电流截止保护阈值；
（2）确定直流电源方案及电流负反馈方案，绘制系统结构框图，并进行相关参数计算；
（3）控制器选型及控制参数设计；
（4）建立系统仿真模型，验证设计结果并进行仿真分析。
主要分析内容：
（1）采用比例控制器，分析额定负载下的系统在阶跃给定下的控制器输出电压、电枢电流以及输出转速的响应特性，分析稳态误差并与理论计算结果相比较，分析比
例控制系数Kp对系统稳定性的影响并验证理论临界放大系数；分析系统起动过
程及过载情况下，电流截止负反馈功能对电枢电流的抑制效果。
（2）采用比例积分控制器，分析额定负载下的系统在阶跃给定下的控制器输出电压、电枢电流以及输出转速的响应特性；分析系统起动过程及过载情况下，电流截止
负反馈功能对电枢电流的抑制效果，并与比例控制器下的结果进行对比。
2. 转速、电流双闭环直流调速系统设计
在许多生成过程中，由于加工和运行的需要，电机经常处于起动、制动、反转的过渡过程，而过渡过程的时间长短在很大程度上决定了生产机械的生产效率。
为了缩短时间，可以采用转速、电流双闭环直流调速系统来获得良好的静、动态性能。
本课程设计内容要求学生设计一个转速、电流双闭环的直流调速系统，并基于Matlab/Simulink建立其仿真模型，以此研究不同控制器参数下电机的起动、制动过程。
主要设计内容：
（1）查询文献资料或者结合某具体应用背景，自选直流电动机及电枢电路的参数，并设定系统预期性能指标（如上升时间、超调量、峰值时间和调节时间等）；
（2）确定直流电源方案及闭环反馈方案，绘制系统结构框图，并进行相关参数计算；
（3）控制器选型及控制参数设计；
（4）建立系统仿真模型，验证设计结果并进行仿真分析。
主要分析内容：
（1）额定负载下，分析电机从静止到额定转速的起动过程，包括两个控制器输出电压、电枢电流以及输出转速的响应特性，列写出上升时间、超调量、峰值时间和调节
时间等指标参数，并与预期值进行对比；分析电机制动过程中两个控制器输出电
压、电枢电流以及输出转速的响应特性。
（2）分析两个控制器的比例、积分参数对输出转速的影响，并选择一组合适参数用于分析电网电压、负载电流对电枢电流、输出转速的影响。
3. 直流可逆调速系统设计
实现直流电机的正向与反向旋转，是大多数直流调速系统的基本要求。
对于动态性能要求较高的调速系统（例如目标追踪系统），还会要求系统有应用所需的转速反向能力。
本课程设计要求学生设计一个可以实现正反转切换的调速系统，该系统能够实现在电机额定负载下，对于拖动性负载，由正向额定转速到反向额定转速的快速变化。
所需电动机请从《Z4直流电机系列》中选择。
调速系统的基本结构必须基于转速-电流双闭环结构。
需对如下部分给出设计计算方案：
（1）控制系统结构
（2）控制器参数
（3）相应的驱动电源
并基于Simulink建立直流可逆调速系统仿真模型，并着重对转速反向动态过程进行分析。
需要仿真分析说明系统在额定负载下，从正向额定转速变化到方向额定转速的过程中，以下相关量的动态变化情况：
（1）系统给定值的变化；
（2）电机转速的变化
（3）电枢电流的变化
（4）电流环给定值的变化
（5）电流控制器输出值的变化
以上变量均需以Simulink输出动态曲线作为说明依据。
并基于以上依据分析说明
（1）该过程中各个阶段能量的传输方向；
（2）提高转速反向动态性能的策略
4. 转速开环变压变频调速系统设计
转速开环恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的控制方式，能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，并且使用方便，是通用变频器的基本模式。
变压变频调速系统由升降速时间设定、U/f曲线、PWM调制和驱动、逆变器以及交流电动机等环节组成，本课程设计要求学生设计一个转速开环的变压变频交流调速系统，并基于Matlab/Simulink建立系统仿真模型，分析系统特性。
主要设计内容：
（1）查询文献资料或者结合某具体应用背景，自选交流异步电动机及电枢电路的参数，并设定系统预期性能指标；
（2）确定逆变器控制方案（如SPWM、SVPWM或CFPWM等），绘制系统结构框图，并进行相关参数计算；
（3）根据升降速时间要求设计积分电流给定算法；
（4）根据负载需求设计低频电压补偿算法，绘制U/f曲线；
（5）建立系统仿真模型，验证设计结果并进行仿真分析。
主要的分析内容：
（1）不带低频电压补偿的恒压频比控制方式下，分析系统在额定负载下起动过程的转速、逆变器输出电压、电流及频率响应特性，分析给定积分算法对起动电流的限制效果；
（2）带低频电压补偿的恒压频比控制方式下，分析低频电压补偿对系统机械特性的影响，计算补偿前后的临界转矩并与仿真结果相比较。
目录
1．引言 (1)
1.1概述 (1)
1.1.1概念 (1)
1 引言。