转速反馈控制直流调速系统的仿真

第1页共6页仲恺农业工程学院实验报告纸自动化学院（院、系）工业自动化专业144班组课学号201421714406姓名黄国盛实验日期2017年4月19日教师评定实验一转速反馈控制直流调速系统的仿真一、实验目的利用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真十分简单和直观。用户可以用图形化的方法直接建立起仿真系统的模型，并通过SIMULINK环境中的菜单直接启动系统的仿真过程，同时将仿真结果在示波器上显示出来。二、实验设备及软件PC机一台、MATLAB2015b三、实验内容1、转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数（如图1）默认参数设置：43.111,56.0PK；其他的参数：直流电动机额定电压VUN220；额定电流AI55dN；额定转速min/1000nrN；电动机电势系数rVC/min192.0e；假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数44sK；滞后时间常数sT00167.0s；电枢回路总电阻0.1R；电枢回路电磁时间常数sT00167.0l；电力拖动系统机电时间常数sT075.0m；转速反馈系数rV/min01.0；对应额定转速时的给定电压是VU10n；。图1比例积分控制的直流调速系统的仿真框图第2页共6页2、比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型（如图2）1、Step模块Steptime:0—Initialvalue:0—Finalvalue:10;2、Simout模块Saveformat:Array;3、Simulation—ConfigurationParameters—DataImport/Export—去掉Limitdatapointtolast;4、积分调节环节设置积分饱和值为-10到10;5、阶跃扰动设置Steptime:0.5Initialvalue:0Finalvalue:10;6、Simulation—ConfigurationParameters—Solver—Starttime:0Stoptime:17、先测试三组参数设置43.111,56.0PK；151,8.0PK；31,25.0PK8、运行后点击Scope可见输出波形，可保存图形为figure图;9、在CommandWindow生成figure图的方法输入WorkspacePlot(tout,simout)10、选择最优PI参数后加入阶跃扰动量，观察实验结果;（注：为了方便查看输出波形的参数和特性，建立以in1为输入和out1为输出的仿真模型如图3）图2比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型11、因为要用到SIMULINK的线性分析功能生成阶跃响应图，如图需设置闭环输入和闭环输出端口且输入乘10，从而保持原来的输入。12、运行后点击Analysis—Controldesign—LinearAnalysis—Step；右击阶跃响应图空白处可选择调出显示阶跃图的上升时间、超调量、稳定时间、稳定值等特性参数。图3比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型2第3页共6页3、PI调节器最优参数的整定（建立图4模型）1、最优化PI整定方法：2、双击PIDController；3、设置为PI调节器；4、设置一组默认pK和1参数；5、运行；6、点击Tune...；7、PIDTuner右下角产生一组最优解；8、可拖动ResponseTimer或TransientBehavior直观调节阶跃响应曲线。9、最终整定结果为76.111,7826.0PK；图4比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型最优化PI整定图5比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型最优化PI整定结果第4页共6页四、实验结果和分析1、当31,25.0PK时，系统转速响应无超调，无静差。上升时间0.312s，稳定性好。但调节时间0.613s较长，快速性差。2、当151,8.0PK时，上升时间0.0436s，调节时间0.214s短，快速性好。但超调量15.3%大，稳定性差。第5页共6页3、当43.111,56.0PK时。上升时间0.057s。超调量10.8%稳定性居中。调节时间0.188s很短，快速性好。4、取最优解76.111,7826.0PK与43.111,56.0PK作比较。当76.111,7826.0PK，系统的快速性提高0.0082s,超调量减少3.47%，调节时间延长0.024s。可见系统有很大改善。第6页共6页5、取最优解76.111,7826.0PK空载与100的负载作比较。加入负载后系统上升时间延长，超调量变小，但最终都能达到稳态值，无静差。6、取最优解Kp=0.7826；T=11.76。在系统稳定后即运行0.5s后加入阶跃扰动(幅值10)。系统转速出现扰动，但在0.1s后回到稳定值。