自動化專業(yè)課程設(shè)計報告

自動化專業(yè)課程設(shè)計報告

《自動控制原理課程設(shè)計》

題目：超前校正環(huán)節(jié)的設(shè)計

班級自動化09-1姓名楊金鳳學(xué)號0905130122時間201*.12.13-201*.12.17地點(diǎn)電信實(shí)驗(yàn)十九軟件機(jī)房指導(dǎo)教師崔新忠

大連海洋大學(xué)信息工程學(xué)院

自動化教研

超前校正環(huán)節(jié)的設(shè)計

一，設(shè)計課題

已知單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下：

kGOss10.1s10.3s

試設(shè)計超前校正環(huán)節(jié)，使其校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv6，相角裕度為45度，并繪制校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，開環(huán)Bode圖和閉環(huán)Nyquist圖。

二、課程設(shè)計目的

1.通過課程設(shè)計使學(xué)生更進(jìn)一步掌握自動控制原理課程的有關(guān)知識，加深對內(nèi)涵的理

解，提高解決實(shí)際問題的能力。

2.理解自動控制原理中的關(guān)于開環(huán)傳遞函數(shù)，閉環(huán)傳遞函數(shù)的概念以及二者之間的區(qū)

別和聯(lián)系。

3.理解在自動控制系統(tǒng)中對不同的系統(tǒng)選用不同的校正方式，以保證得到最佳的系

統(tǒng)。

4.理解在校正過程中的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，相角裕度，截止頻率，超前(滯后)角頻率，

分度系數(shù)，時間常數(shù)等參數(shù)。

5.學(xué)習(xí)MATLAB在自動控制中的應(yīng)用，會利用MATLAB提供的函數(shù)求出所需要得到

的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

6.從總體上把握對系統(tǒng)進(jìn)行校正的思路，能夠?qū)⒗碚摬僮髀?lián)系實(shí)際、運(yùn)用于實(shí)際。三、課程設(shè)計思想

我選擇的題目是超前校正環(huán)節(jié)的設(shè)計，通過參考課本和課外書，我大體按以下思路進(jìn)行設(shè)計。首先通過編寫程序顯示校正前的開環(huán)Bode圖，單位階躍響應(yīng)曲線和閉環(huán)Nyquist圖。在Bode圖上找出剪切頻率，算出相角裕量。然后根據(jù)設(shè)計要求求出使相角裕量等于45度的新的剪切頻率和分度系數(shù)a。最后通過程序顯示校正后的Bode圖，階躍響應(yīng)曲線和Nyquist圖，并驗(yàn)證其是否符合要求。四、課程設(shè)計的步驟及結(jié)果1、因?yàn)?/p>

GOsk是Ⅰ型系統(tǒng)，其靜態(tài)速度誤差系數(shù)s10.1s10.3sKv=K,因?yàn)轭}目要求

校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv6，所以取K=6。通過以下程序畫出未校正系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖，單位階躍響應(yīng)曲線和閉環(huán)Nyquist圖：k=6;n1=1;

d1=conv(conv([10],[0.11]),[0.31]);[mag,phase,w]=bode(k*n1,d1);figure(1);

margin(mag,phase,w);holdon;figure(2);

s1=tf(k*n1,d1);sys=feedback(s1,1);step(sys);figure(3);

sys1=s1/(1+s1);nyquist(sys1);gridon

圖1-校正前開環(huán)波特圖圖2-校正前輸入波形

由校正前Bode圖可以得出其剪切頻率為3.74，可以求出其相角裕量

0=1800-900-arctanc0=21.20370。根本不滿足題目要求，所以要設(shè)計超前校正網(wǎng)絡(luò)。

圖3-校正前閉環(huán)奈斯圖

2、確定超前校正函數(shù)，即確定超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)a和T。確定該參數(shù)的關(guān)鍵是求超前網(wǎng)絡(luò)的剪切頻率c，有以下公式：

L(wc)Lc(wm)10lga；（1）

T1wma；（2）

marcsina1；（3）a1a和

由（1）、（2）、（3）三個公式可的關(guān)于

c的方程組：

10lga20lgarcsin6（方程1）

(jwc)(0.1jwc1)(0.3jwc1)a190arctan(0.1wc)arctan(0.3wc)45（方程2）a1

用MATLAB解方程組程序如下：

[aw]=solve("10*log10(a)=20*log10(w*sqrt((0.1*w)^2+1)*sqrt((0.3*w)^2+1))-20*log10(6)","asin((a-1)/(a+1))+pi/2-atan(0.1*w)-atan(0.3*w)=pi/4","a,w")可求得：a=7.737076

=6.444739rad/s所以,

T1wma=0.05578s

所以超前網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)可確定為：Gcs1aTs10.4316s

1Ts10.05578s3、超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定后，已校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可寫為：Gc(s)G0(s)6(10.4316s)

s(10.1s)(10.3s)(10.0558s)畫該函數(shù)的Bode圖以檢驗(yàn)該函數(shù)是否符合設(shè)計要求，程序如下：

k=6;n1=1;

d1=conv(conv([10],[0.11]),[0.31]);s1=tf(k*n1,d1);n2=[0.43161];d2=[0.055781];s2=tf(n2,d2);sope=s1*s2;figure(1);

[mag,phase,w]=bode(sope);margin(mag,phase,w);

圖4-校正后開環(huán)波特圖

由圖可以看出，校正后的系統(tǒng)相角裕量等于45，所以符合設(shè)計要求。繼續(xù)畫出已校正系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線和閉環(huán)Nyquist圖，程序如下k=6;n1=1;

d1=conv(conv([10],[0.11]),[0.31]);s1=tf(k*n1,d1);n2=[0.43161];d2=[0.055781];s2=tf(n2,d2);sope=s1*s2;figure(1);

sys=feedback(sope,1);step(sys);figure(2);

s3=sope/(1+sope);nyquist(s3);gridon;

0

圖5-校正后閉環(huán)奈斯圖圖6-校正后輸入

五、課程設(shè)計總結(jié)

通過一周的課程設(shè)計我對自動控制原理有了一定程度的理解，這次課程設(shè)計我選擇的題目是超前矯正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，原本對這一模塊的知識掌握的不是很好，但是通過這次課設(shè)，使我對超前校正網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思路和設(shè)計體系格式有了一定的了解，在實(shí)驗(yàn)的過程中，通過對MATLAB工具的使用，是思路更加的清晰，同時通過與同學(xué)的探討也發(fā)現(xiàn)了自己很多的知識盲點(diǎn)，并加以改正，同時也了解到，自動控制原理所學(xué)的分析等等就是為了設(shè)計矯正網(wǎng)絡(luò)使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，總之通過這次課設(shè)使我對自動控制原理有了深刻的認(rèn)識和了解

六、參考文獻(xiàn)

1.《自動控制原理》孟華編著機(jī)械工業(yè)出版社2.《控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真》李宜達(dá)編著清華大學(xué)出版社

3.《控制系統(tǒng)仿真與計算機(jī)輔助設(shè)計》薛定宇編著機(jī)械工業(yè)出版社

4.《MATLAB7輔助控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真》飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心電子工業(yè)出版社5.《MATLAB語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計》魏克新等機(jī)械工業(yè)出版社

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自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計

設(shè)計題目：全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計班級：自動化學(xué)號：姓名：孫長春指導(dǎo)教師：高明設(shè)計時間：0806班201*2518

馮琳方曉柯

201*年6月5日~201*年6月15日

全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計孫長春201*2518

摘要

眾所周知，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為電動、氣動及液壓三種，而電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)占據(jù)了最主要的部分。在電動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，直流電動機(jī)因其具有良好的調(diào)速特性，被工業(yè)界廣泛的應(yīng)用。直流調(diào)速方式有很多種，但是通過改變電動機(jī)電樞電壓，方便可靠，并且可以做到無級調(diào)速，備受工程師偏愛。

本文首先從理論上將傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)和全數(shù)字的直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行闡述，對比了晶閘管-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)，并著重介紹了應(yīng)用全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢；然后分別介紹了開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并做出了分析。本文還通過軟件設(shè)計的方法實(shí)現(xiàn)了8個基本實(shí)驗(yàn)和2個綜合實(shí)驗(yàn)，并詳細(xì)的對系統(tǒng)功能，系統(tǒng)原理，參數(shù)設(shè)置，運(yùn)行曲線分析。通過這10個實(shí)驗(yàn)，我們大體上學(xué)會了使用6RA70全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，并且能利用軟件設(shè)計實(shí)現(xiàn)開環(huán)，單閉環(huán)，雙閉環(huán)，特殊給定等實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)大多數(shù)來自工業(yè)現(xiàn)場的要求，通過這些實(shí)驗(yàn)，我們也初步具備了一些調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和能力。

本文的最后，我們還對我們實(shí)驗(yàn)過程中遇到的故障進(jìn)行了記錄和分析，這對我們以后的調(diào)試來說，是寶貴的經(jīng)驗(yàn)，在我們再次碰到同樣的問題時，我們能輕而易舉的將其解決。

這次課程設(shè)計對我們每個學(xué)生都是一次非常難得的機(jī)會，將我們課程上學(xué)到的理論知識進(jìn)行實(shí)踐，做到學(xué)以致用。作為工科學(xué)生，我們不僅要學(xué)得好，還要用得好。

關(guān)鍵詞：電動直流調(diào)速系統(tǒng)全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)故障分析

I全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計孫長春201*2518

目錄

摘要..................................................................................................................................I1.概述........................................................................................................................-2-2.課程設(shè)計任務(wù)及要求................................................................................................-2-

2.1設(shè)計任務(wù)........................................................................................................-2-2.2設(shè)計要求........................................................................................................-3-3.理論設(shè)計.................................................................................................................-3-

3.1方案論證.........................................................................................................-3-

3.1.1傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng).............................................................................-3-3.1.2全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng).............................................................................-3-3.1.36RA70直流調(diào)速控制器..........................................................................-4-3.2系統(tǒng)設(shè)計........................................................................................................-5-4.系統(tǒng)設(shè)計.................................................................................................................-6-

4.1軟件設(shè)計........................................................................................................-6-

4.1.1系統(tǒng)的初始參數(shù)輸入（系統(tǒng)初始化）......................................................-7-4.1.2系統(tǒng)的控制參數(shù)設(shè)定..............................................................................-7-4.1.3開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)定調(diào)整..........................................................................-9-4.1.4單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)定調(diào)整......................................................................-9-4.1.5直流電動機(jī)的高、低速調(diào)節(jié).................................................................-10-4.1.6直流電動機(jī)的點(diǎn)動控制........................................................................-12-4.1.7直流電動機(jī)的爬行控制........................................................................-14-4.1.8電樞電流閉環(huán)控制...............................................................................-16-4.1.9震蕩發(fā)生器..........................................................................................-17-4.1.10斜坡函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)定及波形調(diào)整..............................................-20-

5.故障分析...............................................................................................................-23-6.使用儀器設(shè)備清單.................................................................................................-24-7.收獲、體會和建議.................................................................................................-24-8.參考文獻(xiàn)...............................................................................................................-26-

全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計孫長春201*2518

1.概述

由于自動控制系統(tǒng)這門課涵蓋知識面廣，理論聯(lián)系實(shí)際的特點(diǎn)，因此，該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有著無法取代的地位，特別是在可控關(guān)斷電力電子器件出現(xiàn)后，經(jīng)過深入的研究，已經(jīng)建立了熟悉的數(shù)學(xué)模型和完善的理論體系，廣泛的應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)中。與此同時，隨著控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動化產(chǎn)品的日益更新，直流調(diào)速系統(tǒng)也在隨之發(fā)生日新月異的變化。

目前，全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)是當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)，其操作簡單，并且不需要專門的編程知識，所有設(shè)置均可通過參數(shù)設(shè)定設(shè)備進(jìn)行。參數(shù)設(shè)定也可通過PC的菜單提示進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)快速的投入運(yùn)行。

西門子6RA7013全數(shù)字直流調(diào)速裝置完全具備上述功能。SIMOREGDCMASTER以其高度運(yùn)行可靠性和實(shí)用性在世界范圍內(nèi)的各個工業(yè)領(lǐng)域著稱：如印刷機(jī)械主傳動，在起重機(jī)行業(yè)的行走機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)，電梯和纜車傳動，在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用，在鋼鐵工業(yè)中的剪切傳動、軋機(jī)傳動、卷取及傳動、橫切機(jī)或薄膜機(jī)械和電動機(jī)、汽輪機(jī)或齒輪箱試驗(yàn)機(jī)的負(fù)載機(jī)械。更值得一體的是SIMOREGDCMASTER使用開放的和標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)進(jìn)行通訊，也可通過RS232接口直接連接到PC和實(shí)現(xiàn)裝置對裝置的通訊。要實(shí)現(xiàn)通訊，只需在基本裝置調(diào)速器的電子箱中插入通訊模塊和工藝模塊，然后對模塊進(jìn)行簡單的啟動設(shè)置即可。

通過本次課程設(shè)計，使我們同學(xué)更好的理解掌握和靈活應(yīng)用這門專業(yè)知識，緊跟時代前言，增強(qiáng)我們應(yīng)用新技術(shù)的能力，培養(yǎng)了我們較強(qiáng)的分析問題、解決問題的實(shí)際能力和創(chuàng)新能力。使我們學(xué)會使用SIMENS直流控制系統(tǒng)裝置來進(jìn)行相關(guān)的自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計[1]。

2.課程設(shè)計任務(wù)及要求

2.1設(shè)計任務(wù)

①學(xué)會使用SIMENS直流控制系統(tǒng)裝置，包括系統(tǒng)的基本功能、控制方案設(shè)計和參數(shù)設(shè)置、給定和反饋環(huán)節(jié)設(shè)計、供電方案和供電線路確定、主回路接線方式選擇及電機(jī)勵磁回路設(shè)計等。

全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計孫長春201*2518

②學(xué)習(xí)用計算機(jī)設(shè)置SIMENS直流控制系統(tǒng)裝置的各種參數(shù)，以及通過計算

機(jī)讀取系統(tǒng)的參數(shù)。

③確定控制方案，畫出系統(tǒng)的原理圖和方框圖，并使用SIMENS直流控制系

統(tǒng)裝置完成直流電動機(jī)的單閉環(huán)、雙閉環(huán)控制調(diào)速。

2.2設(shè)計要求

①根據(jù)系統(tǒng)的要求畫出系統(tǒng)的原理圖及方框圖，并對系統(tǒng)進(jìn)行理論分析。②確定設(shè)計方案；并確定與系統(tǒng)對應(yīng)的接線方式，系統(tǒng)運(yùn)行方式，負(fù)載特點(diǎn)等。

③根據(jù)設(shè)計目標(biāo)得到系統(tǒng)運(yùn)行曲線，并分析。

④鞏固和強(qiáng)化課堂上所掌握的自動控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用知識，培養(yǎng)分析問題、解決問題的實(shí)際能力和創(chuàng)新能力。

3.理論設(shè)計

3.1方案論證

3.1.1傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)

傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)中以可控直流電源為基礎(chǔ)，隨著電子技術(shù)與電力電子技術(shù)的發(fā)展在不斷地更新?lián)Q代，常用的可控直流電源主要包括：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止可控整流器、直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器三類，其中靜止可控整流器隨著晶閘管變流裝置的應(yīng)用，晶閘管直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)）是直流調(diào)速系統(tǒng)最主要的形式[2]。

晶閘管變流裝置主要的優(yōu)點(diǎn)有：

⑴晶閘管變流裝置的功率放大倍數(shù)在104以上，并且晶閘管的門極觸發(fā)所需的功率小，不需要像直流發(fā)電機(jī)那樣大的功率放大器。

⑵晶閘管變流裝置的響應(yīng)速度快，一般為毫秒級，而機(jī)組的響應(yīng)速度為秒級，大大地提高了系統(tǒng)快速性。

⑶晶閘管變流裝置較傳統(tǒng)機(jī)組效率高、可靠性高方便維護(hù)。

3.1.2全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)

由于晶閘管作為模擬器件，其可靠性低、功耗大、對散熱條件、過電壓、過

全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計孫長春201*2518

電流、電壓電流變化率敏感、功率因數(shù)低及諧波大等問題限制了其發(fā)展。隨著計算機(jī)的出現(xiàn)與普及，數(shù)字控制器逐漸代替了模擬控制器。

數(shù)字控制器有以下優(yōu)點(diǎn)：

⑴設(shè)計和控制靈活。數(shù)字控制器的控制算法通過編程實(shí)現(xiàn)，容易實(shí)現(xiàn)多種控

制算法，修改參數(shù)方便，可靠。

⑵能實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和操作。計算機(jī)具有分時操作功能，采用計算機(jī)控制，可

以監(jiān)視很好控制量，容易實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的各個被控對象都管理起來。

⑶能實(shí)現(xiàn)綜合控制�？梢跃C合生產(chǎn)的各方面的情況，在環(huán)境和參數(shù)變化的時

候，及時進(jìn)行判斷，選擇合適的方案進(jìn)行控制，必要的時候可以人工干預(yù)。

⑷可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)字控制器可以利用程序?qū)崿F(xiàn)故障自診斷，自修復(fù)功能，并且控制算法通過軟件方式實(shí)現(xiàn)，程序存儲在計算機(jī)中，一般不受外部干擾影響，抗干擾能力強(qiáng)。

3.1.36RA70直流調(diào)速控制器

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計采用SIMENS公司的6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速控制器，6RA70SIMOREGDCMASTER系列整流器為全數(shù)字緊湊型整流器，輸入為三相電源，可向變速直流驅(qū)動用的電樞和勵磁供電，額定電樞電流從15A至2200A。緊湊型整流器可以并聯(lián)使用，提供高至1201*A的電流，勵磁電路可以提供最大85A的電流(此電流取決于電樞額定電流)[3]。

利用該直流調(diào)速控制器實(shí)現(xiàn)以下實(shí)驗(yàn)：⑴系統(tǒng)的初始參數(shù)輸入⑵系統(tǒng)的控制參數(shù)設(shè)定⑶開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)定調(diào)整⑷單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)定調(diào)整⑸直流電動機(jī)的高、低速調(diào)節(jié)⑹直流電動機(jī)的點(diǎn)動控制⑺直流電動機(jī)的爬行控制⑻電樞電流閉環(huán)控制⑼震蕩發(fā)生器

⑽斜坡函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)定及波形調(diào)整，改變斜率觀察系統(tǒng)特性

全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計孫長春201*2518

3.2系統(tǒng)設(shè)計

如下所示，分別為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

LIdUd0GT*UnVKpUctM圖3.1.開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

LIdUd0Ui*UnGTACRUctVUnUnASRUi*MUinRGTG

圖3.2.轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

TALIdUd0Ui*UnGTACRUctVUnUnASRUi*MUi圖3.3.電流單調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計孫長春201*2518

TALIdUd0Ui*UnGTACRUctVUnUnASRUi*MUinRG圖3.4.轉(zhuǎn)速電流雙調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

雙閉環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）和電流調(diào)節(jié)器（ACR），如圖3.4所示。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的輸入，用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管變流裝置。從閉環(huán)框圖的結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里，稱為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外，稱為外環(huán)。

轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，兩個調(diào)節(jié)器的輸出都帶限幅，

*轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uim決定了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)

器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。

4.系統(tǒng)設(shè)計

4.1軟件設(shè)計

如下圖所示，系統(tǒng)設(shè)計主要是通過對系統(tǒng)的給定信號的大小、給定信號的形式、轉(zhuǎn)速控制器（ASR）的參數(shù)、轉(zhuǎn)矩的限幅值、電樞電流的限幅值、轉(zhuǎn)速反饋方式、方波發(fā)生器等。

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圖4.1.系統(tǒng)概框圖

4.1.1系統(tǒng)的初始參數(shù)輸入（系統(tǒng)初始化）

⑴功能說明：實(shí)驗(yàn)前，為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，都要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化過程主要通過設(shè)置合適的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。⑵參數(shù)設(shè)置

P051=21P052=0P052=3

恢復(fù)工廠設(shè)置，等待操作控制面板恢復(fù)正常；僅顯示已改動的參數(shù)；顯示所有參數(shù)；

⑶結(jié)論：通過對系統(tǒng)初始參數(shù)值設(shè)定，系統(tǒng)不受之前運(yùn)行狀態(tài)的影響，之后，通過其他控制參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)不同的功能。

4.1.2系統(tǒng)的控制參數(shù)設(shè)定

為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，都要對系統(tǒng)進(jìn)行控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，控制參數(shù)設(shè)定主要包括參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)優(yōu)化兩部分。⑴參數(shù)設(shè)置

P076.001=10

額定電樞電流百分比

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P076.002=10額定勵磁電流百分比

P078.001=220電樞回路供電電壓P078.002=380勵磁回路供電電壓P083=1P083=2P083=3P100=1.2

使用模擬測速機(jī)使用脈沖編碼器

無測速機(jī)運(yùn)行（EMF控制）；此次選3電樞額定電流電樞額定電壓額定勵磁電流電機(jī)額定轉(zhuǎn)速

P101=220P102=0.13P104=1500⑵系統(tǒng)優(yōu)化

系統(tǒng)優(yōu)化前，驅(qū)動裝置必須運(yùn)行在O7.0或O7.1接下來選擇P051P051=25P051=26P051=27P051=28P051=29

電樞和勵磁的預(yù)控制和電流調(diào)節(jié)器的優(yōu)化速度調(diào)節(jié)器的優(yōu)化勵磁減弱優(yōu)化

摩擦和轉(zhuǎn)動慣量補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化

具有擺動機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器的優(yōu)化

①電流環(huán)優(yōu)化

設(shè)置P051=25，點(diǎn)擊OK，在30s內(nèi)分別合上使能端子、輸入端子，同時用手堵轉(zhuǎn)，大約1min左右，觀察驅(qū)動裝置由O7.0變換至O7.2，分別斷開輸入端子、使能端子，即電流環(huán)優(yōu)化結(jié)束。

②速度環(huán)優(yōu)化

設(shè)置P051=26，點(diǎn)擊OK，立即合上使能端子、輸入端子，大約10s左右，完成速度環(huán)優(yōu)化。

總結(jié)：通過系統(tǒng)初始參數(shù)值設(shè)定以及系統(tǒng)優(yōu)化，由于系統(tǒng)具有自調(diào)節(jié)能力，使得系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)節(jié)，得到合適的電樞和勵磁參數(shù)，此時系統(tǒng)即為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，之后的各個實(shí)驗(yàn)在此基礎(chǔ)上，改變不同的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。

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4.1.3開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)定調(diào)整

⑴參數(shù)設(shè)置

將轉(zhuǎn)速單閉環(huán)和電樞電流單閉環(huán)和在一起，使得轉(zhuǎn)速環(huán)無作用，電流環(huán)無作用，從而合并成開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)際參數(shù)與單閉環(huán)和電樞電流閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置相同。⑵運(yùn)行曲線

圖4.2.開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行曲線圖

4.1.4單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)定調(diào)整

⑴參數(shù)設(shè)置

P154=0P155=1P164=1⑵運(yùn)行曲線

將單閉環(huán)設(shè)置成轉(zhuǎn)速單閉環(huán)，即把電流環(huán)設(shè)置成導(dǎo)線直接連在后面的系統(tǒng)分別先打開使能開關(guān)再打開合閘開關(guān)，打開示波器并按開始鍵，記錄曲線。

-9-

電樞電流調(diào)節(jié)器的I分量置零電樞電流調(diào)節(jié)器的P增益電樞電流調(diào)節(jié)器的P分量置零全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計孫長春201*2518

圖4.3.單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行曲線

4.1.5直流電動機(jī)的高、低速調(diào)節(jié)

⑴參數(shù)設(shè)置

通過手動調(diào)節(jié)給定電壓或者通過軟件調(diào)整P701的值，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸入電壓的百分比，即可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的高低速調(diào)節(jié)，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。⑵運(yùn)行曲線

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圖4.4.直流電動機(jī)的低速運(yùn)行曲線

圖4.5.直流電動機(jī)的高速運(yùn)行曲線

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4.1.6直流電動機(jī)的點(diǎn)動控制

⑴點(diǎn)動功能說明：

點(diǎn)動功能可以通過由參數(shù)P435的變址01至.08選擇的開關(guān)量連接器來設(shè)置，或通過控制字1的第8和第9位設(shè)置。當(dāng)選擇使用控制字時，以下為可能的運(yùn)行模式。

P648=9:控制字1中的控制位為位連續(xù)輸入，由P668和P669選擇的開關(guān)量連接器定義了控制字1的第8位和第9位，因而作為“點(diǎn)動”指令的輸入。P648≠9:由P648選擇的連接器作為控制字1，這個字的第8位和第9位控制了“點(diǎn)動”指令的輸入�！包c(diǎn)動”功能只在有“分閘”和“運(yùn)行使能”指令時才可以執(zhí)行�！包c(diǎn)動”指令當(dāng)一個或多個指定的源(開關(guān)量連接器，控制字位)變?yōu)檫壿嫛?”狀態(tài)時輸入，在這種情況下，在參數(shù)P436中選擇的給定被分配給每一個源。如果點(diǎn)動指令同時由二個或二個以上的源輸入，則點(diǎn)動給定設(shè)為0。參數(shù)P437可以作為定義每一個可能的點(diǎn)動指令的源(開關(guān)量連接器，控制字位,邏輯運(yùn)算，見第8章中方框圖)的設(shè)置，不論如何斜坡函數(shù)發(fā)生器必須旁路（P435，P437），當(dāng)斜坡函數(shù)發(fā)生器旁路后，他以上升/下降時間為0運(yùn)行。

輸入點(diǎn)動指令的操作順序:

如果輸入了“點(diǎn)動”指令，通過“進(jìn)線接觸器閉合”繼電器使進(jìn)線接觸器合閘，點(diǎn)動給定通過斜

坡函數(shù)發(fā)生器施加(對于精確的順序，見9.3.3中“合閘/分閘”的說明)撤消點(diǎn)動指

令的操作順序:

在“點(diǎn)動”指令取消后，開始的運(yùn)行順序與“分閘”方式相同(見9.3.3)，在到達(dá)

nnmin

后，調(diào)節(jié)器禁止，并且在0到60s的參數(shù)延時(P085)到達(dá)后(運(yùn)行狀態(tài)

07.0或更高)，進(jìn)線接觸器打開。當(dāng)驅(qū)動裝置在參數(shù)延時周期(最大60.0s)時間到時，仍處在運(yùn)行狀態(tài)01.3

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⑵點(diǎn)動控制原理圖

圖4.6.直流電動機(jī)點(diǎn)動控制原理圖

⑶參數(shù)設(shè)置

P648=9

控制字1的源，參數(shù)P654~P659有效

P435.01=1電動給定接入的源P436.01=1電動給定的源

P437.01=1選擇斜坡函數(shù)發(fā)生器旁路的源⑷運(yùn)行結(jié)果

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圖4.7.直流電動機(jī)的點(diǎn)動控制運(yùn)行曲線

4.1.7直流電動機(jī)的爬行控制

⑴爬行功能說明

“爬行”功能可在運(yùn)行狀態(tài)O7.0下激活，并且有“運(yùn)行使能”信號，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)由P440選擇的一個或多個開關(guān)量連接器轉(zhuǎn)換到邏輯“1”時，輸入“爬行”指令。一個由參數(shù)P441選擇的給定分配給每一個開關(guān)量連接器，如果“爬行”指令是通過多個開關(guān)量連接器同時輸入，給定值是疊加關(guān)系(限制到±200%)。參數(shù)P442可以作為定義每一個可能的爬行指令的源(開關(guān)量連接器)的設(shè)置，不論如何斜坡函數(shù)發(fā)生器必須旁路，當(dāng)斜坡函數(shù)發(fā)生器旁路后，他以上升/下降時間為0運(yùn)行。電平/沿觸發(fā)

P445=0P440P440

電平觸發(fā)

選擇的開關(guān)量連接器=0無爬行選擇的開關(guān)量連接器=1:爬行

沿觸發(fā)

P445=1

當(dāng)開關(guān)量連接器狀態(tài)由0變1時，“爬行”輸入儲存(見第8章，圖G130)。同時，由P444選擇的開關(guān)量連接器必須為邏輯“1”。當(dāng)隨后的開關(guān)量連接器改變狀態(tài)到

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邏輯“0”時，存儲器被復(fù)位(見9.3.3中合閘/分閘舉例電路)。輸入爬行指令的操作順序:

如果在運(yùn)行狀態(tài)O7.0輸入“爬行”指令，通過“進(jìn)線接觸器閉合”繼電器使進(jìn)線接觸器合閘，爬行給定通過斜坡函數(shù)發(fā)生器施加。

如果在“Run”狀態(tài)下輸入“爬行”指令。驅(qū)動裝置通過斜坡函數(shù)發(fā)生器從工作速度減速到爬行速度。撤消爬行指令的操作順序:

“爬行”有效，但無“合閘”指令:

如果所有對于“爬行”功能有效的位均轉(zhuǎn)換到邏輯“0”，調(diào)節(jié)器禁止。⑵爬行控制原理圖

圖4.8.直流電動機(jī)爬行控制原理圖

⑶參數(shù)設(shè)置

P440=1P441=1P442=1P445=0⑷運(yùn)行曲線

爬行給定接入的源爬行給定的源

選擇斜坡發(fā)生器旁路的源

對于合閘/爬行的電平/沿觸發(fā)的選擇

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圖4.9.直流電動機(jī)爬行控制運(yùn)行曲線

4.1.8電樞電流閉環(huán)控制

⑴系統(tǒng)原理圖

圖4.10.電樞電流閉環(huán)控制原理圖

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⑵參數(shù)設(shè)置

P224=0P225=1

速度調(diào)節(jié)器I分量的控制字速度調(diào)節(jié)器P增益

速度調(diào)節(jié)器實(shí)際值的源

P623=K179⑷運(yùn)行曲線

先打開使能開關(guān)和輸入開關(guān)，打開示波器并按開始鍵，記錄曲線。

圖4.11.電樞電流閉環(huán)控制運(yùn)行曲線

4.1.9震蕩發(fā)生器

⑴系統(tǒng)原理圖

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圖4.12方波發(fā)生器原理圖

圖4.13方波發(fā)生器功能圖

⑶參數(shù)設(shè)置

P480振蕩給定1P481

振蕩時間1

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P482振蕩給定2P483振蕩時間2P484標(biāo)準(zhǔn)給定的源

當(dāng)沒有選擇“振蕩”功能時，作為接入輸出值的連接器的選擇

0=連接器K00001=連接器K0001P485震蕩選擇的源：

控制“振蕩”功能起作用的開關(guān)量連接器的選擇

(邏輯“1”狀態(tài)=振蕩有效)0=開關(guān)量連接器B00001=開關(guān)量連接器B0001⑷運(yùn)行曲線

圖4.14震蕩發(fā)生器運(yùn)行曲線

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4.1.10斜坡函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)定及波形調(diào)整

⑴功能說明

①斜坡上升=從低加速，正到高，正向速度(例如:從10%到90%)或從低，負(fù)到高，反向速度(例如:從-10%到-90%)。

斜坡下降=從高減速，正到低，正向速度(例如:從90%到10%)或從高，負(fù)到低，反向速度(例如:從-90%到-10%)。

關(guān)于從反向到正向速度的轉(zhuǎn)換，例如:-10%到+50%:從-10%到0=斜坡下降和從0到+50%=斜坡上升，反之亦然斜坡上升時間斜坡函數(shù)發(fā)生器，其輸入量階躍變化從0到100%或從0到-100%并在0附近有初始圓弧和最終圓弧，達(dá)到100%輸出值所需的時間。在較小的階躍信號時，輸出量同輸入量有相同的斜率。斜坡下降時間斜坡函數(shù)發(fā)生器，其輸入量階躍變化從100%到0或從-100%到0并在0附近有初始圓弧和最終圓弧，達(dá)到100%輸出值所需的時間。在較小的階躍信號時，輸出量同輸入量有相同的斜率。

②斜坡函數(shù)發(fā)生器的運(yùn)行方式可由以下控制信號設(shè)置:斜坡函數(shù)發(fā)生器啟動(控制字1.第5位):1=給定已接到斜坡函數(shù)發(fā)生器的輸入

0=斜坡函數(shù)發(fā)生器在當(dāng)前值停止(發(fā)生器輸出引到發(fā)生器輸入)。給定使能(控制字1.第6位):

1=斜坡函數(shù)發(fā)生器輸入端的給定使能

0=斜坡函數(shù)發(fā)生器設(shè)置1有效，輸入端為0(發(fā)生器輸出減小到0)設(shè)置斜坡函數(shù)發(fā)生器:

1=斜坡函數(shù)發(fā)生器的輸出設(shè)為設(shè)定值(在P639中選擇)斜坡函數(shù)發(fā)生器使能(控制字1.第4位):0=斜坡發(fā)生器禁止，輸出為01=斜坡函數(shù)發(fā)生器使能

斜坡函數(shù)發(fā)生器運(yùn)行(參數(shù)P302):見以下和第11章，參數(shù)表，參數(shù)P302斜坡上升積分器轉(zhuǎn)換使能(通過P646選擇):斜坡函數(shù)發(fā)生器設(shè)置2和3

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斜坡函數(shù)積分器跟蹤接通(參數(shù)P317):見以下和第11章，參數(shù)表，參數(shù)P317分閘時斜坡函數(shù)發(fā)生器設(shè)置:(參數(shù)P318):見第11章，參數(shù)表，參數(shù)P318旁路斜坡函數(shù)發(fā)生器:

1=斜坡函數(shù)發(fā)生器以上升/下降時間為0運(yùn)行功能由通過參數(shù)P641選擇的開關(guān)量連接器控制。

斜坡發(fā)生器也可以在INCHING，CRAWLING和INJECTIONOFFIXEDSETPOINT方式下旁路。

圖4.15斜坡發(fā)生器曲線

③斜坡發(fā)生器設(shè)置1,2和3

圖4.16參數(shù)設(shè)置

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⑵斜坡發(fā)生器原理圖

圖4.17.方波發(fā)生器原理圖

圖4.18.斜坡發(fā)生器原理圖

⑶參數(shù)設(shè)置

P480=+50%

震蕩給定1

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P481=0.5sP482=-50%P483=0.8sP303=0.5sP304=0.8sP305=1sP306=1s⑷運(yùn)行曲線

震蕩時間1震蕩給定2震蕩給定2斜坡上升時間1斜坡下降時間1下過渡圓弧上過渡圓弧

圖4.19.斜坡發(fā)生器運(yùn)行曲線

5.故障分析

⑴o8.0

等待通過分閘指令（OFF1）等待啟動封鎖的復(fù)位

分析:使能端子或輸入端子未斷開修正：將使能，輸入開關(guān)斷開⑵F056

重要參數(shù)未設(shè)置，如果某些參數(shù)仍然設(shè)置為0，故障信息被激活

分析：一些實(shí)驗(yàn)過程中需要設(shè)置的參數(shù)未進(jìn)行設(shè)置，或者某些參數(shù)不符合運(yùn)行要求

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修正：檢查試驗(yàn)參數(shù)，無誤后，復(fù)位重新運(yùn)行⑶F038

超速，如果實(shí)際速度值超過正（P380）或負(fù)（P381）闕值5%，故障

信息被激活。

分析：①輸入了較低的電流限幅

②電流控制運(yùn)行③P380，P381設(shè)置較低

④在接近最大速度是測速機(jī)電纜接觸故障

修正：①將電流限幅上調(diào)一些

②減小給定電壓

③適當(dāng)減小比例調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)

⑷A031

速度調(diào)節(jié)器監(jiān)控，如果在P590和P591所選擇的連接器的差值超過在P388中所設(shè)置的值的時間長于在P390中設(shè)置的時間，監(jiān)控功能響應(yīng)

分析：①調(diào)節(jié)回路斷開

②調(diào)節(jié)器沒有優(yōu)化

③P590和P591沒有正確參數(shù)化

修正：可能轉(zhuǎn)速反饋環(huán)或者電流反饋環(huán)斷開，檢查調(diào)節(jié)器是否正確設(shè)置。

6.使用儀器設(shè)備清單

⑴西門子6RA7013全數(shù)字直流控制系統(tǒng)⑵導(dǎo)線若干

⑶直流電動機(jī)一臺，磁粉制動器一臺⑷光電編碼器⑸計算機(jī)一臺

7.收獲、體會和建議

為期1周的課程設(shè)計結(jié)束了，本次課程設(shè)計的題目是《西門子6RA7013全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的學(xué)習(xí)研究》，雖然此次課程設(shè)計涉及的是直流調(diào)速的相關(guān)知識內(nèi)容，而且此前也有過直流調(diào)速課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，但是所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備卻完全不同，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)備是在當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)，可以說是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的工業(yè)控制設(shè)備和技術(shù)，因此，雖然該直流調(diào)速系統(tǒng)操作簡單，并且不需要專門的編程知識，但是對于我們來說，剛開始的時候還是摸不著頭緒，

全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計孫長春201*2518

不知從和下手，甚至是對剛開始的實(shí)驗(yàn)連線都研究半天。但是，在馮琳和高明老師的耐心指導(dǎo)下，還有我們組成員之間的相互幫助、討論后，我們對西門子6R7013實(shí)驗(yàn)裝置有了初步的了解，并且可以通過查閱設(shè)備參考書，基本能準(zhǔn)確的找到與課程設(shè)計相關(guān)的章節(jié)內(nèi)容并且能看懂實(shí)驗(yàn)原理圖并驚醒參數(shù)的改變。但是過程中也遇到了很多問題，比如說軟件中示波器調(diào)試，我們幾乎研究了整整一下午，才弄清如何進(jìn)行時間軸的調(diào)整以得到完美的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖像，在這個過程中那個，我們只有一些基本的直流調(diào)速理論知識，其他的便是自己摸索，使我們的分析問題和解決問題的能力得到了很大的提高�？偨Y(jié)本次課程設(shè)計，覺得收獲頗深：

1.通過完成課程設(shè)計要求的基本內(nèi)容，鞏固和強(qiáng)化了我們在課堂上所掌握的直

流控制系統(tǒng)原理理論知識。

2.通過完成課程設(shè)計提供的選作內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了知識的拓展，鍛煉了實(shí)際能力和

創(chuàng)新能力。

3.了解、熟悉了當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域最先進(jìn)的控制技術(shù)和設(shè)備西門子

6RA7013，親身感受到現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)的高端和強(qiáng)大。同時也為自己未來就業(yè)做了很好的鋪墊。

4.經(jīng)過試驗(yàn)過程中“遇到問題分析問題解決問題總結(jié)問題”這樣

的流程，也鍛煉練了我們的實(shí)際能力和創(chuàng)新能力，同時也使得團(tuán)隊(duì)合作能力進(jìn)一步提高。

另外，通過本次課程設(shè)計，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，有如下建議：

1、對于我們同學(xué)而言，能夠在本科階段接觸到這么先進(jìn)的控制技術(shù)十分榮幸，但是總結(jié)起來，只有五天的時間，雖然對設(shè)備的基本原理有所了解，但是仍覺得意猶未盡，希望學(xué)校能將課程設(shè)計時間調(diào)整的長一些，以便同學(xué)們能更好的學(xué)習(xí)和提高。

2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不多，每組同學(xué)人數(shù)過多，平均每人接觸實(shí)驗(yàn)設(shè)備的時間很短，沒有充分的認(rèn)識和了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所以，希望學(xué)校能加大這方面資金投入，為學(xué)生提供更好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

最后，在此感謝我們的馮琳和高明兩位老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；同時，也感謝對我?guī)椭�過的同學(xué)，感謝我組的其他成員，謝謝你們對我的幫助和支持。

由于本人能力有限，在課程設(shè)計和報告撰寫過程中難免出現(xiàn)錯誤，可請老師多多指教，我十分樂意接受你們的批評和指正，本人將萬分感謝。

全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計孫長春201*2518

8.參考文獻(xiàn)

[1]楊衛(wèi)國，自動化專業(yè)實(shí)驗(yàn)教程[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，201*.8[2]西門子6RA7013使用說明書

[3]劉建昌，直流控制系統(tǒng)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，201*

[4]朱坤，張亦華.西門子6RA70用于電機(jī)試驗(yàn)臺的分析與仿真[D].北京交通大學(xué)，201*

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