直流电机转速控制的matlab实验

12012/2013学年第一学期《精密测控与系统》期末大型作业成绩评分表：问题1问题2问题3问题4问题5问题6总分10分15分15分20分20分20分100分日期：2012年11月题目与要求：直流电机转速控制问题，直流电动机物理模型如下图所示。V+-RL+-ek-Tθ2电动机产生的转矩与电枢电流成正比，即：ttTKi，电枢绕组的反电动势与转速成正比，即：edeKdt，牛顿第二定律：22dTJdt，其中J为电机轴上的转动惯量。已知：转动惯量：220.01kg.m/sJ，机械系统摩擦系数：0.1N.m.sb，电动机力矩系数：0.01N.m/AetKK，电阻：1R，电感：0.5HL。假设电机转动系统刚性，输入量为直流电压V，输出量为电机转速。问题1：建立该系统的时域数学模型。问题2：给出该系统的传递函数，用Matlab计算该系统的阶跃响应曲线，给出阶跃响应的特征参数。问题3：建立该系统的状态空间表达式，用Matlab计算该系统的阶跃响应曲线。问题4：加入速度反馈及PID控制器环节，使系统性能达到:（a）建立时间2s;（b）超调量5%;（c）稳态误差1%.问题5：采用下图所示的模糊控制系统系统中的模糊控制器是一个双输入单输出型的控制器，输入变量为转速的误差e和转速误差的变化率Δe，输出为直流电压的增量ΔV。请选用合适的隶属度函数，建立该系统的模糊控制规则库，对电机的转速进行控制使期望转速为1000r/min，建立时间2s;超调量5%;稳态误差e±1.0%。问题6：通过这个大型作业，谈谈你对本课程的学习心得和体会，以及对本课程授课方式的建议和改进。一、建立该系统的时域数学模型模糊控制器直流电机d/dt输出转速设定转速-+eΔeΔV3ltttteiKTiKTTTbsJdtdKeedtdiLiRV******其中，T：负载转矩：li：负载电流拉式变换：)()()()()()()(*)(*)(sIKsIKsbsJssKEsEssILsIRsVltte化简消去中间量得：eiKKRbsRJLbLJsKsVs)()()(2再对上式拉式反变换得到系统的时域数学模型为：ltiKtKtRKeKtBRdtdKtBLKtJRdtdKJLV***22二：给出该系统的传递函数，用Matlab计算该系统的阶跃响应曲线，给出阶跃响应的特征参数。（1）求传递函数：由第一问中得到eiKKRbsRJLbLJsKsVs)()()(2又已知220.01kg.m/sJ，0.1N.m.sb，0.01N.m/AetKK，1R，0.5HL带入上式可得到系统的传递函数为：01.1065.01)()()(2sssVssG（2）用matlab得出该传递函数的阶跃响应曲线，截图如下：4（2）由图得到阶跃响应的特征参数：阶跃响应曲线输出值达到63.3%时时间为0.612s.而当t趋近于无穷，即s趋近于零时，时间为3s.三：建立该系统的状态空间表达式，用Matlab计算该系统的阶跃响应曲线。（1）建立状态空间表达式5将ABCD代入方程CXYBUAXX得到该系统的状态表达式：XYUXX2001012012（2）用matlab计算阶段响应曲线，截图如下：四：加入速度反馈及PID控制器环节，使系统性能达到:（d）建立时间2s;（e）超调量5%;（f）稳态误差1%.6修改PID参数。最后当比例系数为50，积分系数为0.2，积分系数为55时达到要求，图形较为可关。五、用下图所示的模糊控制系统系统中的模糊控制器是一个双输入单输出型的控制器，输入变量为转速的误差e和转速误差的变化率Δe，输出为直流电压的增量ΔV。请选用合适的隶属度函数，建立该系统的模糊控制规则库，对电机的转速进行控制使期望转速为1000r/min，建立时间2s;超调量5%;稳态误差e±1.0%。(1)先搭建simulink图模糊控制器直流电机d/dt输出转速设定转速-+eΔeΔV7(2)设置模糊控制器：输入量E基本论域：-1%~1%量化论域：-3~3词集：NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB输入量Ec基本论域：-1%~1%量化论域：-3~3词集：NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB输出量output1量化论域：-3~3词集：NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB（3）模糊控制器建立，再matlab主菜单下输入fuzzy即可调出模糊工具箱界面。89点击View菜单中的Rules选项可以打开模糊规则观察器，观察模糊推理系统的输入，输出情况。六、总结这次的课程跟以往的形式很不一样，我们不需要考试，但是却更考验我们对知识的掌握跟应用了。刚看到题目的时候根本无从下手，只好先把课本完全看了一遍，对模糊控制的内容更是看了很多遍，还是有点不清不楚，就决定采取边做边遇到问题边解决。前面几个问题还算简单，因为考研正在复习自动控制原理，所以也没花很多时间，但是在做的过程中我却对matlab软件的使用很陌生，又把以前的实验教科书拿出来看了，对一些函数的语言都清楚了才做。到了后来的模糊控制还是面临很大的问题，上网查询了很多资料，看了别人做过的例子，模仿着别人做，并且和同学一起讨论了很久，最终大体完成，但还是存在着一些问题。对这个课我的建议是采取平时作业跟大作业相结合的形式，因为考试我们掌握的只是题目，没有实践的话对所学的东西即使以为懂了也不一定真的懂。但是通过这样大作业的方式，自己完全投入进去，去查找资料，补上缺失的知识，在实验中巩固了知识。