控制系统课程设计

一 半实物仿真控制系统的构建
    半实物仿真工程
 
图1 直流电机驱动及角度读取实验工程截图
           
    驱动电压               
 
（b）电机角度
图2 实验结果
    思考题
设计思路：
为了实现过流保护控制，我们需要进行以下步骤：
1、获取电机的电流反馈信号，以便对其进行监测和控制。可以使用传感器或电流传感器来获取这个信息。
2、在Simulink环境中建立一个过流保护控制器模块。此模块应包含一个比较器，用于将电机的反馈电流与设定值进行比较。
3、如果电机的反馈电流超过了设定值，比较器将会输出一个高电平信号。此信号将被发送到一个控制逻辑单元，该单元将执行过流保护措施。
4、过流保护措施可能是减小电机的输入电压或关闭电路，以防止过大的电流通过电机。
5、在实验中，额定电流是0.5A。因此，我们可以将比较器的参考电压设置为0.5A，当电流超过这个值时，比较器将输出一个高电平信号。
 
图3 直流电机电流保护实验工程截图
 
（a）驱动电压         （b）电机电流        （c）电机角度
图4 过流保护控制实验结果
 
二 直流电机建模
    直流电机开环仿真实验
    直流电机传递函数
G_ωv (s)=k_t/(J_eq R_m s +k_t k_m )；
静态增益：K=1/k_m =23.81；
时间常数：T=(J_eq R_m)/(k_t k_m )  ；
    参数求解程序
空载模型：G_ωv (s)=k_t/((m_(h ) r_h^2)R_m s +k_t k_m )
带载模型：G_(ωv-L) (s)=k_t/((1/2 m_(h ) r_h^2+1/2 m_(d ) r_d^2)R_m s +k_t k_m )
增加负载圆盘模型参数K的影响：无影响
增加负载圆盘模型参数T的影响：转动惯量J_eq增大，T值增大
    仿真实验结果
 
图1 系统仿真模型
 
图2 输入电压
 
图3 电机模型方波响应曲线（空载与带载的响应曲线绘制在一张图上做对比）
系统增益K对响应曲线形态的影响：K越大系统的相应响应速度型变好误差越小
系统时间常数T对响应曲线形态的影响：系统时间常数T对响应曲线形态的影响：时间常数会影响曲线的上升时间
增加负载的影响：会增加曲线的上升时间
    实物直流电机速度响应测试
    建立工程（包含模型与实物两套对象）
图4 工程界面截图
 
图5 方波驱动电压作用下，模型与实物电机转角对比图
 
    电机角速度获取与滤波
 
图6 实物电机转角测量值放大图
            
图 a 带载情况                        图 b 空载情况
图 7 未加滤波的角速度信号
 
图8 不同截至频率滤波后的角速度信号（对应图线加标签注明ω_f数值）
滤波截止频率的