單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、.比例積分控制的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟練使用matlab下的simulink仿真軟件。 2通過改變比例系數(shù)kp以及積分時(shí)間常數(shù)的值來研究kp和對(duì)比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)2仿真模型建立3系統(tǒng)仿真分析三、實(shí)驗(yàn)要求建立仿真模型，對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從示波器觀察仿真曲線，對(duì)比分析參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性，快速性等的影響。四、實(shí)驗(yàn)原理+_+ud_+utg-aupetgmun*unucun+_- +_+_uin圖4-1 帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖調(diào)速范圍和靜差率是一對(duì)互相制約的性能指標(biāo)，如果既要提高調(diào)速范圍，又要降低靜差率，唯一的方法采用反饋控制技術(shù)

2、，構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制可以減小轉(zhuǎn)速降落，降低靜差率，擴(kuò)大調(diào)速范圍。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，將轉(zhuǎn)速作為反饋量引進(jìn)系統(tǒng)，與給定量進(jìn)行比較，用比較后的偏差值進(jìn)行系統(tǒng)控制，可以有效的抑制甚至消除擾動(dòng)造成的影響。當(dāng)t=0時(shí)突加輸入uin時(shí)，由于比例部分的作用，輸出量立即響應(yīng)，突跳到uext=kpuin，實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)；隨后uext按積分規(guī)律增長，uext=kpuin+(t/)uin。在t=t1時(shí)，輸入突降為0，uin=0，uext=(t1/)uin，使電力電子變換器的穩(wěn)態(tài)輸出電壓足以克服負(fù)載電流壓降，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速無靜差。精品.五、實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)的參數(shù)及kp和1/的參數(shù)的確定5.1各環(huán)節(jié)的參數(shù)：直流

3、電動(dòng)機(jī)：額定電壓un=220v，額定電流idn=55a,額定轉(zhuǎn)速nn=1000r/min,電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)ce=0.192v min/r。假定晶閘管整流裝置輸出電流可逆，裝置的放大系數(shù)ks=44，滯后時(shí)間常數(shù)ts=0.00167s。電樞回路總電阻r=1.0，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)tl=0.00167s電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)tm=0.075s。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.01v min/r。對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓un*=10v。穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)d=20，s5% 。5.2 kp和1/的參數(shù)的確定：pi調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為wpis=kps+1s=kp1s+11s其中，1=kp。（1）確定時(shí)間常數(shù)1）整流裝置滯后時(shí)

4、間常數(shù)ts=0.00167s；2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)ton=0.001s；3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)tn=ton+2ts+0.002s=0.0174s；（2）計(jì)算參數(shù)按跟隨和抗擾性都較好的原則，取h=5，則調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)，即積分時(shí)間常數(shù)：=htn=0.087s，則1/11.5由此可得開環(huán)增益：kn=kprtmce=h+12h2tn2396.4s-2于是放大器比例放大系數(shù)：kp=(h+1)tmce2hrtn0.5六、仿真模型的建立kpkstss+11/rtls+11ceun*(s)idl(s)n(s)id(s)+_1ce+rtms+_如圖6-1為比例積分控制的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖，根據(jù)仿真框

5、圖，利用matlab下的smulink軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真，建立的仿真模型如圖6-2所示。精品.圖6-1 比例積分控制的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖圖6-2 比例積分控制的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型七、仿真模型的運(yùn)行利用5.2中所求的kp和1/代入pi調(diào)節(jié)器中，此處取kp=0.56，1/=11.43。圖7-1 無靜差調(diào)速系統(tǒng)輸出（scope圖像）精品.圖7-2 輸出波形比例部分（scope1圖像）對(duì)比圖7-1和圖7-2可以發(fā)現(xiàn)，只應(yīng)用比例控制的話，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，但是靜差率大，而添加積分環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)既保留了比例環(huán)節(jié)的快速響應(yīng)性，又具有了積分環(huán)節(jié)的無靜差調(diào)速特性，使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性相對(duì)更高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)

6、速度也快。八、仿真結(jié)果分析（修改kp和1/的參數(shù)，觀察scope曲線變化）當(dāng)取kp=0.25，1/=3時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)的響應(yīng)無超調(diào)，但調(diào)節(jié)時(shí)間很長。如圖8-1所示：圖8-1 無超調(diào)的仿真結(jié)果當(dāng)kp=0.8，1/=15時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)的超調(diào)較大，但快速性較好。如圖8-2所示。精品.圖8-2 超調(diào)較大的仿真結(jié)果控制系統(tǒng)的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)kt有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)t一定時(shí),隨著開環(huán)增益k的增大，系統(tǒng)的快速性提高，而穩(wěn)定性變差。若要求動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，則把k取得大一點(diǎn)；若要求超調(diào)小，則把k取得小一點(diǎn)。九、心得體會(huì)通過此次試驗(yàn)，使我對(duì)matlab中的simulink仿真軟件也有了進(jìn)一步的了解，通過simulink仿真軟件的仿真功能，可以用圖像化的方法直接建