目录本科生课程论文...........................................................................错误!未定义书签。一、仿真题目................................................................................................................2单闭环直流调速系统仿真....................................................................................2二、仿真过程................................................................................................................22.1仿真总图.........................................................................................................22.2PWM模块.......................................................................................................32.3电机模块.........................................................................................................32.4仿真结果.........................................................................................................4三、心得体会..............................................................................................................102一、仿真题目单闭环直流调速系统仿真直流电动机:型号为Z4-132-1,额定电压400NUV,额定电流52.2dNIA,额定转速为2610r/min,反电动势系数eC=0.1459Vmin/r,允许过载倍数=1.5;PWM变换器开关频率:8KHz,放大系数:sK=107.5;(538/5=107.5),直流母线电压为538V。电枢回路总电阻:0.368R;时间常数:电枢回路电磁时间常数lT=0.0144s,电力拖动系统机电时间常数mT=0.18s;转速反馈系数0.00383min/Vs(NnV/10);对应额定转速时的给定电压VUn10*。在matlab/simulink仿真平台下搭建系统仿真模型。其中PWM变换器利用给出的PWM控制器模块和simulink/Powersystem工具包中的功率封装模块搭建,不能直接利用传递函数建模。比例积分调节器进行积分和输出限幅,输出限幅值为+5和-5。给出采用比例调节器(7pK)、比例积分调节器时(7pK,1107)空载起动到额定转速的转速波形,并就稳态静差和动态性能进行对比,分析说明原因。给出采用比例积分调节器时(7pK,1107)的转速、电流、电枢电压波形,分析空载起动过程中电流过流原因,请给出解决过流问题的方法。在4s突加40%额定负载,给出仿真波形(包括转速、电流、转速调节器输出),并加载过程中波形变化加以分析,比较加载前后稳态转速,说明原因。二、仿真过程2.1仿真总图3图1仿真总图2.2PWM模块图2PWM模块仿真图PWM变换器利用给出的PWM控制器模块和simulink/Powersystem工具包中的功率封装模块搭建。2.3电机模块图3比例积分控制的直流调速系统的仿真图4根据上图和已知数据确定参数,搭建仿真图如下:图4电机模块仿真图2.4仿真结果(1)在matlab/simulink仿真平台下搭建系统仿真模型。利用给出的PWM控制器模块和simulink/Powersystem工具包中的功率封装模块搭建PWM变换器。比例积分调节器进行积分和输出限幅,输出限幅值为+5和-5。图5输出限幅设置(2)给出采用比例调节器(7pK)、比例积分调节器时(7pK,1107)空载起动到额定转速的转速波形,并就稳态静差和动态性能进行对比,分析说明原因。使用比例调节器时,只需将积分一路断开、负载置零即可。5下图展示了使用比例调节器时,空载起动到额定转速的转速波形,分别是10s时与0.5s时的波形。图6比例调节时空载启动转速波形下图展示了使用比例积分调节器时,空载起动到额定转速的转速波形,分别是10s时与0.5s时的波形。图7比例积分调节时空载启动转速波形6将二者比较表1比例与比例积分空载启动时稳态静差和动态性能进行对比稳态转速(r/min)稳态静差(r/min)峰值时间(s)调整时间(s)超调量(%)比例24801300.2530.3201.2比例积分261000.264--由图可知,稳定后转速n=2610r/min,等于额定转速,为无静差系统。这是由于比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状,而积分调节器的输出包含了输入偏差量的全部历史,因此积分控制可以实现无静差调速。由上表可知,相较于比例,比例积分的稳态性能好,动态性能稍差。比例部分能迅速响应控制作用,积分部分则最终消除稳态误差但会在一定程度上影响动态性能。(3)给出采用比例积分调节器时(7pK,1107)的转速、电流、电枢电压波形,分析空载起动过程中电流过流原因,请给出解决过流问题的方法。图8比例积分调节时空载启动电流、转速波形7图9比例积分调节时空载启动电枢电压波形由上图可知,启动电流最大值超过1000A。这是因为在转速反馈控制直流调速系统上突加给定电压时,由于惯性的作用,转速不能立即建立起来,反馈电压为零,相当于偏差电压∆Un=Un*,调节器的输出是Kp*Un*。这时,由于放大器和变换器的惯性都很小,电枢电压Ud立即达到它的最高值,对电动机来说,相当于全压起动,所以会造成电动机过电流。要解决过电流问题,系统中必须有自动限制电枢电流的环节,故可引入电流截止负反馈,当电流大到一定程度时出现电流负反馈,使其不超过允许值。(4)在4s突加40%额定负载,给出仿真波形(包括转速、电流、转速调节器输出),并加载过程中波形变化加以分析,比较加载前后稳态转速,说明原因。在step(2)处加入负载扰动,4s时作用,如下图:8图10负载扰动参数设置图11转速、电流、转速调节器输出(启动时)9图12转速、电流、转速调节器输出(扰动时)在4s时加负载后电流波形出现一个波动,调整后电流增大,并且逐渐进入一个新的稳态(有负载,不为零);同时转速也有一个波动,减小后进入新的转速稳态;转速调节器输出波形的波动显示了转速调节器起作用。由于机械特性较硬,加入负载扰动后,转速、电流、转速调节器的输出稍有变化,经过一个小的波动后进入新的稳态。10三、心得体会本次仿真作业是初学Simulink工具箱,碰到了一些问题并且已经解决。1.数据类型不正确初次仿真时产生error:Inputport1of'untitled2/PWM/NOT'isnotconnected.原因在于直接使用逻辑非门,输入前数据类型为double,输出后数据类型为boolean,无法仿真,因此转换数据类型即可,如下图:或者再添加两个非门2.搭建完成仿真电路后,产生许多错误,无法运行,查阅资料后得知没有添加powergui,powergui可用于对搭建的模块进行统一以及协调以及对相应量的初始化。113.搭建电路时不可想当然,在自控原理中我们比较熟悉负反馈,常用相减的节点来表示负反馈。此电路中的比例积分调节器是采用比例与积分调节器相加,因此节点不应想当然使用减号。这样的错误还不容易被发现,导致仿真时花了许多不必要的精力排查。4.电路运行后,使用repeatingsequence未能得到既定波形,查阅资料、修改仿真步长都未能解决,最后使用一个三角波发生器和一个放大器代替。我认为最让我有收获的是在设计过程中,加深了对转速闭环负反馈控制的理解,构建仿真图让我有了对系统框图有了更加深刻的理解。在仿真中遇到的问题,在很大程度上也培养了我动手解决问题的能力,非常具有实践意义。