《控制系统设计与仿真设计》课程设计题目Word格式.docx
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2、微型计算机及MATLAB仿真软件1套
3、测速发电机组、直流电动机、直流发电机、变压器等设备若干；
4、双踪慢扫描示波器、数字存储示波器（可无）、万用表各一个
5、电子元器件、导线、开关等若干。
四、设计要求
1、技术参数和设计要求
某晶闸管供电的双闭环调速系统，采用三相桥式电路，直流电动机：
UN=220V，IN=136A，nN=1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5，晶闸管装置Ks=40，电枢电阻Ra=0.5Ω，时间常数TL=0.03S，Tm=0.18S，反馈系数：
α=0.007Vmin/r，β=0.05V/A，电枢回路总电阻取R=2Ra；
总飞轮力矩GD2=2.5N.m，其它未尽参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。
要求如下：
⑴ 调速范围D=10，静差率S≤5％；
稳态无静差，电流超调量σi≤5%,电流脉动系数Si≤10％；
启动到额定转速时的转速退饱和超调量σn≤10％。
⑵ 系统具有过流、过压、过载和缺相保护。
⑶ 触发脉冲有故障封锁能力。
⑷ 对拖动系统设置给定积分器。
2、运动控制系统设计与仿真：
由于电机容量较大，电流脉动系数要求si=反馈滤波时间常数：
τoi=0.005s，τon=0.005s
根据所提供电动机参数，双闭环调速系统结构图，根据电流超调量、转速超调量等指标，用工程设计方法决定转速调节器和电流调节器结构和参数，并对该调速系统进行simulink仿真。
3、频率法串联校正：
（1）用MATLAB语言编程,对二阶系统（系统传递函数由键盘输入）进行频率法串联校正设计，使之满足：
在斜坡信号r（t）=ν0t作用下系统的稳态误差ess≤0.001ν0；
系统校正后相角稳定裕度γ为：
430＜γ＜480。
（2）编程计算校正后系统的时域性能指标（稳态值、超调量、峰值时间、上升时间、调节时间）。
4．安装单元电路并实验、进行系统组装及调试，进行系统测试。
选题要求：
2人一组，分别按照h=4、h=5进行系统设计、仿真实验结果有所不同。
设计二带转速微分负反馈的双闭环直流调速系统设计与实践
设计系统原理图，电流环的设计，转速环设计、转速微分负反馈环设计，完成元器件的选择，计算选择合理调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。
1．通过对一个实用的带转速微分负反馈的双闭环直流调速系统的设计、安装、调试来综合运用科学理论知识，提高学生工程意识和实践技能，达到素质和创新能力进一步提升，使学生获得控制技术工程的基本训练。
根据所学的理论知识和实践技能，了解带转速微分负反馈的双闭环V-M调速系统的基本原理，解决积分调节器的饱和非线性问题；
采用工程设计方法设计一个带转速微分负反馈的双闭环直流调速系统（含主电路和控制电路，选择的元器件，系统的电气原理图）。
1、技术参数
⑴直流电动机：
额定功率3KW，额定电压220V，额定电流17.5A，GD2=3.53N.m，额定转速1950r/min，Ce=0.13Vmin/r，允许过载倍数λ=2.1；
⑵晶闸管装置放大系数：
KS=30；
⑶电枢回路总电阻：
Ra=1.25Ω,Rrec=1.3Ω,RL=0.3Ω；
L=200mH
⑷时间常数：
机电时间常数Tm=0.162s，（也可由Tm=GD2R/375CeCm算出）
电磁时间常数：
TL=0.07s；
（也可由TL=L/R算出）
⑸电流反馈系数：
β=0.36V/A（10V/Inom～10V/1.5Inom）；
⑹转速反馈系数：
α=0.0067Vmin/r（10V/nnom～10V/1.5nnom）；
⑺反馈滤波时间常数:
Ton=0.01s，Toi=0.002s；
其它未尽参数可参阅教材中“工程设计方法举例”的有关数据。
2．设计要求
稳态无静差，电流超调量σi≤5%，电流脉动系数Si≤10％；
启动到额定转速时的转速退饱和超调量σn≤10％，空载起动到额定转速时的过渡过程时间ts≤0.5s。
⑶ 触发脉冲有故障封锁能力。
3、电机拖动控制系统设计与仿真
根据所提供电动机参数，画出带转速微分负反馈的双闭环直流调速系统结构图，根据电流超调量、转速超调量、电流变化率等指标，用工程设计方法决定转速调节器和电流调节器、转速微分器结构和参数，并对该调速系统进行simulink仿真。
4、安装单元电路并实验、进行系统组装及调试，进行系统测试。
2人一组，按照h=4、h=5进行系统设计，仿真实验结果有所不同。
设计三带电压内环的三环直流调速系统设计与实践
设计系统原理图，电流环的设计，转速环设计、电压内环设计，完成元器件的选择，计算选择合理调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。
1．通过对一个实用的带电压内环的三环直流调速系统的设计、安装、调试来综合运用科学理论知识，提高学生工程意识和实践技能，达到素质和创新能力进一步提升，使学生获得控制技术工程的基本训练。
根据所学的理论知识和实践技能，了解带电压内环的基本原理，解决积分调节器的饱和非线性问题；
采用工程设计方法设计一个带电压内环的三环直流调速系统（含主电路和控制电路,选择的元器件，系统的电气原理图）。
额定功率3KW，额定电压220V，额定电流17.5A，GD2=5.3Nm
额定转速1980r/min，Ce=0.13Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5；
KS=33；
Ra=1.25Ω,Rrec=0.3Ω,RL=0.25Ω；
L=180mH
机电时间常数Tm=0.162s，电磁时间常数：
TL=0.1s
Ton=0.02s，Toi=0.002s；
稳态无静差，电流超调量σi≤5%,电流脉动系数Si≤10％；
3、电机拖动控制系统设计与仿真
根据所提供电动机参数，画出带电压内环的三环直流调速系统结构图，根据电流超调量、转速超调量、电流变化率等指标，用工程设计方法决定转速调节器、电流调节器、电压调节器结构和参数，并对该调速系统进行simulink仿真。
2人一组，按照h=4、h=6进行系统设计,仿真实验结果有所不同。
设计四带电流变化率内环的三环直流调速系统设计与实践
设计系统原理图，电流环的设计，转速环设计、电流变化率内环设计，完成元器件的选择，计算选择合理调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。
1．通过对一个实用的带电流变化率内环的三环直流调速系统的设计、安装、调试来综合运用科学理论知识，提高学生工程意识和实践技能，达到素质和创新能力进一步提升，使学生获得控制技术工程的基本训练。
根据所学的理论知识和实践技能，了解带电流变化率内环的基本原理，解决积分调节器的饱和非线性问题；
直流电动机：
额定功率8KW，额定电压220V，额定电流2A，GD2=5.3N.m额定转速1600r/min，Ce=0.118Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5；
R=3Ω；
机电时间常数Tm=0.1s，
L=1.46U2/Idmin=1.46*132.8/（0.1*4）=482mH；
TL=L/R=482*10-3/3=0.16S
β=1.5V/A（10V/Inom～10V/1.5Inom）；
α=0.0055Vmin/r（10V/nnom～10V/1.5nnom）；
Ton=0.02s，Toi=0.002s；
；
⑻电流变化率di/dt=10Inom/s
（9）
=3.5S-6.5S,
=0.8s
先设计一个转速、电流双闭环直流调速系统，要求利用晶闸管供电，整流装置采用三相半波整流电路。
并在此基础上加入适当的电流变化率内环，观察电流变化的快速性变化。
电流变化率内环，一般采用积分调节器。
根据所提供电动机参数，画出带电压内环的三环直流调速系统结构图，根据电流超调量、转速超调量等指标，用工程设计方法决定转速调节器、电流调节器和电流变换率调节器结构与参数，并对该调速系统进行simulink仿真。
五、实验步骤
每个小组2人，既分工又合作，充分利用时间和实验设备资源。
1、提前四周时间通知学生，告知
2、要求学生在实验前自己设计的实验方案和仪器设备、元器件清单；
要求学生自己调速系统，学生提供的实验方案要求能在32学时内实施完毕；
3、指导教师批阅学生实验方案（方案必须给出系统的设计思想，原理接线图，设置的参数，实现步骤，需要记录的内容等），同时对部分不可实施的实验方案与学生交流并重新制定；
直至确定其方案可行，方可进入实际实验操作；
5、提前通知实验员准备仪器设备、元器件；
6、学生进入实验前，指导教师应告知用电安全注意事项和仪器设备正确使用方法。
按设计报告设计的步骤完成。
六、课程设计报告格式及要求
每组同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，提交一份课程设计报告；
课程设计报告格式及要求见附录。
2人一组，按照h=4，h=6进行系统设计,仿真实验结果有所不同。
设计五三相异步电动机闭环调速系统设计与实践
设计三相异步电动机调速系统原理图，电流环的设计，转速环设计，完成元器件的选择，计算选择合理调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。
1．通过对一个实用的三相异步电动机闭环交流调速系统的设计、安装、调试来综合运用科学理论知识，提高学生工程意识和实践技能，达到素质和创新能力进一步提升，使学生获得控制技术工程的基本训练。
2．通过系统建模和仿真，掌握用MATLAB/Simulink工具分析设计三相异步电动机速度控制系统的方法。
3．进一步掌握各种交流调速系统的性能，尤其是动态性能。
根据所学的理论知识和实践技能，了解带转速外闭环的基本原理，解决积分调节器的饱和非线性问题；
采用工程设计方法设计三相异步电动机闭环交流调速系统（含主电路和控制电路,选择的元器件，系统的电气原理图）。
3、测速发电机组、三相异步电动机、变压器等设备若干；
⑴三相异步电动机的基本参数如下：
额定线电压：
380V，额定功率：
1.1KW，极对数：
2对，额定转子角速度：
1400r/min，额定电流：
2.7A，定子电阻：
5.9Ω，转子电阻：
5.6Ω，互感：
0.55H，定子电感：
0.573H，转子电感：
0.58H。
⑴掌握三相异步电动机的工作原理、坐标变换原理（3相静止到2相静止）及2相静止坐标系下的三相异步电动机状态空间方程；
⑵能在0~60Hz的固定频率、固定幅值（一般为220V）的三相正弦输入条件下，三相异步电动机按额定速度转动，观测其转子磁链和定子电流（分空载、空载启动在第5秒突加额定负载两种情况观测）。
⑶实际系统具有过流、过压、过载和缺相保护，触发脉冲有故障封锁能力，并设置给定积分器
⑷调速范围D=10，静差率S≤5％；
稳态无静差，空载起动到额定转速时的过渡过程时间ts≤1.5s。
根据所提供参数，先用Simulink模块建立三相异步电动机仿真模型，观测相关数据和波形。
并在此基础上加入适当的转速外环，设计转速调节器，观察转速的稳定效果。
如果时间充裕，在加上电流内环，设计电流调节器，观察电流的稳定效果。
2人一组，每人按照不同的三相异步电动机建模（如传递函数建模,实物建模）方法进行系统仿真设计
设计六Buck变换器实现及调速系统设计与实践
设计直流降压调速系统原理图，电流环的设计，转速环设计，完成元器件的选择，计算选择合理调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。
1．通过对一个实用的Buck变换器实现及其调速系统的设计、安装、调试来综合运用科学理论知识，提高学生工程意识和实践技能，达到素质和创新能力进一步提升，使学生获得控制技术工程的基本训练。
2．通过系统建模和仿真，掌握用MATLAB/Simulink工具分析设计Buck变换器实现及其调速系统的方法。
3．进一步掌握各种直调速系统的性能，尤其是动态性能。
根据所学的理论知识和实践技能，了解带Buck变换器实现调压的原理；
设计相应的直流调速系统（含主电路和控制电路,选择的元器件，系统的电气原理图）。
3、测速发电机组、直流电动机、直流发电机变压器等设备若干；
Buck变换器的PWM信号的频率：
20KHz，输入电压：
15V，电感：
1.5mH，电容：
30μF，负载电阻：
8.1Ω。
Buck变换器输出0~15V直流电压，输出电压可通过改变PWM波占空比调节输出直流电压大小.
可根据实际直流电机额定参数,选取输入电压为电动机的额定电压,输出可调实现变压调速.
2．设计要求
⑴掌握Buck变换器的工作原理、开关模型和平均值模型等状态空间方程；
⑵应用MATLAB中的Matlabfunction（MATLAB函数）模块结合MATLAB语言编写PWM信号的发生器程序；
⑶用Simulink中的模块建立Buck变换器的平均值模型，并能够与PWM信号发生器联用。
⑷调速范围D=10，静差率S≤5％；
稳态无静差，空载起动到额定转速时的过渡过程时间ts≤1.0s。
⑸实际系统具有过流、过压、过载和缺相保护，触发脉冲有故障封锁能力，并设置给定积分器。
3、电机拖动控制系统设计与仿真
⑴根据所提供参数，先用Simulink模块建立Buck变换器仿真模型，观测相关数据和波形。
⑵在此基础上接入直流电动机，观察开环系统的转速、电流情况。
⑶针对开环系统存在的问题，外加转速闭环，设计转速调节器，观察转速的稳定效果。
⑷如果时间充裕，在加上电流内环，设计电流调节器，观察电流的稳定效果。
2人一组，每人按照不同的Buck变换器调制方法进行系统仿真设计
设计七交流电动机SPWM调速系统设计与实践
设计交流电动机SPWM调速系统原理图，电流环的设计，转速环设计，完成元器件的选择，计算选择合理调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。
1．通过对一个实用的SPWM变换器实现及其调速系统的设计、安装、调试来综合运用科学理论知识，提高学生工程意识和实践技能，达到素质和创新能力进一步提升，使学生获得控制技术工程的基本训练。
2．通过系统建模和仿真，掌握用MATLAB/Simulink工具分析设计SPWM变换器实现及其调速系统的方法。
3．进一步掌握各种交调速系统的性能，尤其是动态性能。
根据所学的理论知识和实践技能，了
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