直流调速系统实验平台建设与对象建模研究

摘要

在计算机技术和控制技术迅速发展的现代社会，数字控制因为具有控制精度高、稳定性好、运算速度快、能够实现复杂控制等优点，得到了广泛的应用。因此，掌握数字控制器的设计方法很重要。然而实际系统中数字控制器的设计基本上仍以模拟化设计方法为主，而不是采用直接设计方法，没有充分发挥数字控制的优越性。
　　在这样的背景下，本文提出了基于直流调速系统的实验平台建设方案，用来研究数字控制器的直接设计方法。课题来源于东北大学本科计算机控制系统课程教学实验平台开发项目。该实验平台是在学校原有全数字直流调速装置6RA70的基础上设计的。
　　6RA70采用转速电流双闭环调速结构，由于速度调节器起主要调节作用，且速度环对采样时间的要求没有电流环高，故本文提出了将速度调节环节移至外部控制器实现的方案。针对6RA70开放性不够好的问题，本文通过6RA70软件功能模块的可配置性完成了速度调节器的移出。选择了PLC作为控制器，PC机作为上位机对系统进行监控。设计的实验平台能够完成直接数字控制器设计、数字控制器的程序实现等实验。为了增加系统过渡过程时间，研究动态特性，论文增加了惯量负载设计。另外，本文还给出了相应的实验设计举例。
　　研究数字控制器设计方法是建立在被控对象的数学模型基础之上的，本文对直流调速系统对象进行了建模研究。通过实验结果和理论分析得到实际系统中被控对象的输入输出特性与理论上存在差异，分3段折线对对象研究，用最小二乘法辨识模型参数。通过实验数据检验，模型基本满足工程要求。本文最后，在大量的实验数据基础上，建立了对象的BP神经网络模型，经过泛化仿真结果的验证，该模型具有较高精度。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内相关院校数字控制实验平台建设现状

1．3 东北大学计算机控制系统课程的建设

1．4 论文主要工作

第2章 基础理论

2．1 6RA70全数字直流调速系统

2．1．1 6RA70全数字直流调速装置

2．1．2 6RA70系统结构

2．2 系统建模方法

2．3 最小二乘法

2．4 神经网络

2．5 本章小结

第3章 直流调速系统实验平台的建设

3．1 6RA70系统剖析

3．2 直流调速系统实验平台体系结构设计

3．2．1 直流调速系统实验平台建设方案

3．2．2 结构设计

3．3 直流调速系统实验平台硬件设计

3．3．1 控制器选择

3．3．2 惯量负载设计

3．4 实验设计

3．4．1 实验结构设计

3．4．2 实验设计举例

3．5 本章小结

第4章 直流调速系统对象建模研究

4．1 被控对象分析

4．1．1 被控对象传递函数的建立

4．1．2 被控对象分析

4．2 基于最小二乘法辨识

4．2．1 模型的等价转换

4．2．2 模型参数辨识

4．3 基于神经网络建模

4．3．1 模型结构的确定

4．3．2 仿真结果

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢