轉速反馈单闭环直流调速系统仿真.docVIP

计算机仿真技术作业一 题目：转速反馈单闭环直流调速系统仿真 直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为R=0.6，Tl=0.00833，Tm=0.045，Ce=0.1925。本次仿真采用算法为ode45，仿真时间5s。 图1 直流电机模型 1、开环仿真： 用simulink实现上述直流电机模型，直流电压Ud0取220V， 0~2.5s，电机空载，即Id=0； 2.5s~5s，电机满载，即Id=55A。 画出转速n的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n以及静差率s。改变仿真算法，观察效果（运算时间、精度等）。 实验步骤： （1）按照上图把电机模型建立好，其中ud0设置为常数，并把其幅值设置为220，把其它相应的环节也设置好。把Id设置为“阶跃信号”，且在0~2.5s之间其幅值为0，而2.5~5s之间其幅值为55，在对系统中其它参数进行设置。为了观察输出地波形，在输出处接上一个示波器。 （2）对仿真模式进行设置，系统默认的仿真算法为ode45,只需要把仿真时间设置为5s即可。 （3）对系统进行仿真。 2、仿真结果： 两个阶段，其中第一个阶段（0~2.5s）为空载转速，第二阶段（2.5~5s）为满载转速。空载转速为1166n/min。在2.5s时加入了负载，通过仿真结果我们可以看出来，负载转速为989n/min。这可以看出来在加入负载之后，电机的转速开始下降。根据电机转差率的公式s=（n0-n）/ n0=(1166-989)/1166=0.1518。转差率还是比较小的，说明该电机效率比较高。 2、闭环仿真： 在上述仿真基础上，添加转速闭环控制器，转速指令为1130rpm， 0~2.5s，电机空载，即Id=0； 2.5s~5s，电机满载，即Id=55A。 (1)控制器为比例环节：试取不同kp值，画出转速波形，求稳态时n和s并进行比较。 k=0.22 K=0.5 稳定时空载转速为826n/min左右。负载转速为765n/min左右。所以s=0.0736。 K=3 稳定时空载转速为1030n/min左右。负载转速为1015n/min左右。所以s=0.0146。 K=5 根据上面的各种Kp的仿真结果我们可以看出来当Kp越小时，超调和调节时间等越小，当kp在一定范围内是kp越大转速越大同时s也变小。 (2)控制器为比例积分环节，设计恰当的kp和kI值，并与其它不同的kp和kI值比较，画出不同控制参数下的转速波形，比较静差率、超调量、响应时间和抗扰性。 图2 转速闭环直流电机调速控制框图 kp=1.ki=1 由仿真结果可知，空载转速为970n/min，负载转速为940n/min，转差率为0.0309，在加入负载之后，对转速却基本上没有影响。但是最终输出的转速与我们希望转速相差有点大。 Kp=1ki=2 由仿真结果可知，空载转速为973n/min，负载转速为945n/min，转差率为0.0301，在加入负载之后，对转速却基本上没有影响。但是最终输出的转速与我们刚刚转速变化不大。 Kp=1ki=3 Ki的改变对抗干扰影响不大同时也对转速影响不大。Ki越大响应时间越长。 Kp=2 ki=1 由仿真结果可知，空载转速为1030n/min，负载转速为1012n/min，转差率为0.017，在加入负载之后，经过小幅震荡后变化不大。但是最终输出的转速与我们前面的转速变化较大，更加接近预期目标了。 Kp=4ki=1 当增大Kp的值时，超调量有所增加，并且调节时间也有所增加，同时空载转速有所增加，并且使得系统的抗干扰能力提高，但是当kp达到一定值后增加kp转速增加不大。加入负载之后，其波动不是太大，只是在刚加入负载时，转速有所下降，然后又基本回到了原来的转速。 3、分析 结合《自动控制系统》相关知识，对上述结果进行分析。 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 积分作用使控制器的输出和偏差的积分成比例，故过度过程结束时无余差，但是加上积分作用，稳定性降低。积分作用增大比例度，壳保持稳定性，但超调量和振