運(yùn)控仿真單閉環(huán)

1、運(yùn)動控制仿真練習(xí)課程名稱 運(yùn)動控制系統(tǒng)學(xué) 院 機(jī)自學(xué)院專 業(yè) 電氣工程及其自動化分 數(shù) 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 直流電動機(jī)：型號為Z4-132-1，額定電壓V，額定電流A，額定轉(zhuǎn)速為2610 r/min，反電動勢系數(shù)=0.1459 Vmin/r，允許過載倍數(shù)=1.5；PWM變換器開關(guān)頻率：8KHz，放大系數(shù)：=107.5；(538/5=107.5)，直流母線電壓為538V。電樞回路總電阻：；時間常數(shù)：電樞回路電磁時間常數(shù)=0.0144s，電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)=0.18s；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)()；對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓。（1） 在matlab/simulink仿真平臺下搭建系統(tǒng)仿真模型。其中PW

2、M變換器利用給出的PWM控制器模塊和simulink/Powersystem工具包中的功率封裝模塊搭建，不能直接利用傳遞函數(shù)建模。比例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行積分和輸出限幅，輸出限幅值為+5和-5。（2） 給出采用比例調(diào)節(jié)器（）、比例積分調(diào)節(jié)器時（，）空載起動到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速波形，并就穩(wěn)態(tài)靜差和動態(tài)性能進(jìn)行對比，分析說明原因。（3） 給出采用比例積分調(diào)節(jié)器時（，）的轉(zhuǎn)速、電流、電樞電壓波形，分析空載起動過程中電流過流原因，請給出解決過流問題的方法。（4） 在4s突加40%額定負(fù)載，給出仿真波形（包括轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出），并加載過程中波形變化加以分析，比較加載前后穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，說明原因。仿真實(shí)驗(yàn)圖：比

3、例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行積分和輸出限幅，輸出限幅值為+5和-5：當(dāng)使用比例調(diào)節(jié)器時，我們使積分環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)為0，可以得到轉(zhuǎn)速波形如圖使用比例積分調(diào)節(jié)器時（ ， ）穩(wěn)態(tài)方面的對比分析：當(dāng)加入比例積分環(huán)節(jié)時，轉(zhuǎn)速從2658.75降到了2610.9r/min，這說明當(dāng)加入比例積分控制時，根據(jù)比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)誤差的原理，理論上，靜差應(yīng)該為0。但此次仿真最終會有0.9的誤差，也就是靜差。最終比例積分環(huán)節(jié)沒有完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。相比于只有比例環(huán)節(jié)，比例積分環(huán)節(jié)使得輸出轉(zhuǎn)速2內(nèi)更接近給定值。而對于0.9的靜差，經(jīng)分析是由于積分作用需要較長的調(diào)節(jié)時間，到達(dá)2秒時還未完全到達(dá)穩(wěn)定值，需

4、要等到更長的時間靜差才能完全消除，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。動態(tài)方面的對比分析：加入比例積分環(huán)節(jié)后的超調(diào)量：調(diào)節(jié)時間：結(jié)論：由此可見比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，互相補(bǔ)充。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。轉(zhuǎn)速仿真波形如下：電流仿真波形如下圖：電樞電壓仿真波形如下圖（538V）過流問題分析：空載起動過程中，系統(tǒng)突然加上給定電壓時，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，反饋電壓仍然為0，相當(dāng)于偏差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值得1+K倍，這時候，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就打到它的最大值，對調(diào)速系統(tǒng)來說，相當(dāng)于全壓啟動，當(dāng)

5、然是不允許的。解決方案有三種：第一種是電樞串電阻啟動；第二種是引入電流截止負(fù)反饋；第三種是加積分給定環(huán)節(jié)。在4s突加40%額定負(fù)載，給出仿真波形（包括轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出），并加載過程中波形變化加以分析，比較加載前后穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，說明原因。轉(zhuǎn)速仿真波形：電流仿真波形：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器仿真波形輸出：在4S時的轉(zhuǎn)速變化經(jīng)過放大后可以觀察到，在四秒時，突加負(fù)載，轉(zhuǎn)速會有較小的降落，但能夠恢復(fù)到指令值，基本上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。電流也在四秒時也下降了，然后再逐漸回零。可以看出在四秒時控制的電壓升高了，然后再逐漸減小。當(dāng)突加負(fù)載的瞬間，電磁轉(zhuǎn)矩不變，阻力矩突然變大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速突然減少。造成了反饋與給定有了差值，即導(dǎo)致轉(zhuǎn)速偏差Un增大，（Un=Un*-Un），同時放大器輸出Uc變大，并經(jīng)過移相觸發(fā)器使整流