運控仿真單閉環(huán)

1、運動控制仿真練習課程名稱 運動控制系統(tǒng)學 院 機自學院專 業(yè) 電氣工程及其自動化分 數 單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)仿真 直流電動機：型號為Z4-132-1，額定電壓V，額定電流A，額定轉速為2610 r/min，反電動勢系數=0.1459 Vmin/r，允許過載倍數=1.5；PWM變換器開關頻率：8KHz，放大系數：=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：電樞回路電磁時間常數=0.0144s，電力拖動系統(tǒng)機電時間常數=0.18s；轉速反饋系數()；對應額定轉速時的給定電壓。（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建模。比例積分調節(jié)器進行積分和輸出限幅，輸出限幅值為+5和-5。（2） 給出采用比例調節(jié)器（）、比例積分調節(jié)器時（，）空載起動到額定轉速的轉速波形，并就穩(wěn)態(tài)靜差和動態(tài)性能進行對比，分析說明原因。（3） 給出采用比例積分調節(jié)器時（，）的轉速、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%額定負載，給出仿真波形（包括轉速、電流、轉速調節(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)轉速，說明原因。仿真實驗圖：比

3、例積分調節(jié)器進行積分和輸出限幅，輸出限幅值為+5和-5：當使用比例調節(jié)器時，我們使積分環(huán)節(jié)的放大倍數為0，可以得到轉速波形如圖使用比例積分調節(jié)器時（ ， ）穩(wěn)態(tài)方面的對比分析：當加入比例積分環(huán)節(jié)時，轉速從2658.75降到了2610.9r/min，這說明當加入比例積分控制時，根據比例部分能迅速響應控制作用，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)使得輸出轉速2內更接近給定值。而對于0.9的靜差，經分析是由于積分作用需要較長的調節(jié)時間，到達2秒時還未完全到達穩(wěn)定值，需

4、要等到更長的時間靜差才能完全消除，實現無靜差調速。動態(tài)方面的對比分析：加入比例積分環(huán)節(jié)后的超調量：調節(jié)時間：結論：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)點又克服了各自的缺點，揚長避短，互相補充。比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。轉速仿真波形如下：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，轉速不可能立即建立起來，反饋電壓仍然為0，相當于偏差電壓，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，對調速系統(tǒng)來說，相當于全壓啟動，當

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反饋；第三種是加積分給定環(huán)節(jié)。在4s突加40%額定負載，給出仿真波形（包括轉速、電流、轉速調節(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)轉速，說明原因。轉速仿真波形：電流仿真波形：轉速調節(jié)器仿真波形輸出：在4S時的轉速變化經過放大后可以觀察到，在四秒時，突加負載，轉速會有較小的降落，但能夠恢復到指令值，基本上實現轉速無靜差。電流也在四秒時也下降了，然后再逐漸回零?？梢钥闯鲈谒拿霑r控制的電壓升高了，然后再逐漸減小。當突加負載的瞬間，電磁轉矩不變，阻力矩突然變大，導致轉速突然減少。造成了反饋與給定有了差值，即導致轉速偏差Un增大，（Un=Un*-Un），同時放大器輸出Uc變大，并經過移相觸發(fā)器使整流