计算机仿真实验报告

计算机仿真技术作业一
题目：转速反馈单闭环直流调速系统仿真
直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为
R=0.6，T l=0.00833，T m=0.045，Ce=0.1925。

本次仿真采用算法为ode45，仿真时间5s。

图1 直流电机模型
一、开环仿真
模型建立：
其中Ud0=220V R=0.6，T l=0.00833，T m=0.045，Ce=0.1925
其中0~2.5s，电机空载，即I d=0；
2.5s~5s，电机满载，即I d=55A
采用算法：ODE45:
5秒
前2.5秒：
后2.5秒：
空载转速：1143rpm负载转速：971rpm 空载静差率s=0 负载静差率s=0.1505仿真时有波动
ODE23:
整体：
前2.5秒
后2.5秒
整体：
前2.5秒
后2.5秒
整体：
前2.5秒
后2.5秒
整体：
前2.5秒
后2.5秒
算法分析比较：从上可以看出ODE45与ODE23算法较差，仿真结果与理论不符合，电机
转速有纹波。

ODE23s ODE23t ODE23tb效果较好，基本满足仿真需要，波形基本符合理论。

原因在于：ODE45、与ODE23都是一步解法，即只要知道前一时间点的解y (tn-1 ) ，就可以立即计算当前时间点的方程解y (tn)。

后三种算法适用于刚性系统的解法，而前两种不可。

其中ODE23tb最适合电力电子系统仿真，它采用TR-BD F2算法，即在龙格.库塔法的
第一阶段用梯形法，第二阶段用二阶的Backward Differentiation Formulas 算法。

2、闭环仿真
模型建立：
1、比例校正（K=5）
转速指令为1130rpm
为了便于比较不同k p值时转速波形，简便框图先进行模块封装：
1、确定输入输出与变量K
2.选中整个模块右键选择create subsystem
即得：
3、右键选择create mask
得：
定义变量名K，并使变量K与封装模块中的变量K相互对应。

4、此时点击该模块可得：
即可更改变量K
然后将多个模块集中在一起显示：
仿真K=5，K=10，K=20三种，采用算法ODE23tb
得：
整体：（黄、红、绿分别代表K=5，K=10，K=20）
我们可以看出，在一定范围内，K越大静态误差就越小，但是比例环节无法消除静态误差。

前2.5秒
空载时：K=5，n=1088rpm s=0.0372
K=10,n=1108.66rpm s=0.0189
K=20,n=1119.23rpm s=0.00953
可以看出比例环节无法消除稳态误差，但是适当增加比例系数大小却可以减小误差。

后2.5秒：
加入负荷时：
K=5 n=1081.75rpm s=0.0427
K=10 n=1105.42rpm s=0.0218
K=20 n=1117.60rpm s=0.0110
可以看出，加入负载以后，滑差进一步加大，比例校正环节无法消除误差。

响应时间：
可以看出绿线响应（K=20）最快为0.17秒左右，黄线与红线最慢，大于0.2秒。

加大比例系数可以加快响应速度。

抗扰性比较：
t=2.5秒时：
K=5黄线：（1086.5-1081.75）/1081.75=0.4391%
K=10红线：（1110.1-1105.42）/1105.42=0.4234%
K=20绿线：（1121.9-1117.60）/1117.60=0.3848%
比例系数较大的抗扰性强。

超调量比较：
绿线（K=20）超调量最大，响应最迅速黄线（K=5）超调量最小，响应最慢
加大K=1000
系统振荡大，稳定裕度小。

2、比例积分校正
模型建立：
模型封装：
方框图：
修改不同参数Ki Kp即可。

采用ODE23tb算法：
K=10不变，取Ki=0.1,0.2,0.4
得：
黄：Ki=0.1
红：Ki=0.2
绿：Ki=0.4
注意由于Ki在分母，故Ki越小积分作用越强。

前2.5秒：
从上面可以看出：PI可以消除稳态误差，但是会影响响应速度，当Ki越大时，响应速度越慢，尤其是绿线（Ki=0.4）不能在2.5秒时达到给定值。

KI=0.1与KI=0.2都能在2.5秒以前达到稳定值。

后2.5秒：
超调量比较：
可以看出，当kp一定时，黄线（KI=0.1）积分作用是最大的，但是其超调量最大
绿线（KI=0.4）积分作用最小，超调量最小。

响应时间比较：
当Kp一定时，Ki越大，积分越慢，响应时间越长。

黄线最快（KI=0.1）
绿线最慢(KI=0.4)
抗扰性比较：
当kp一定时，Ki越小，振动越剧烈，抗扰动性更差。

黄线最差（Ki=0.1）
绿线最好（Ki=0.4）
3、综述
通过以上分析可知，1、ODE23t、ODE23tb等最适用于电力电子仿真。

2、闭环调节时，只用比例环节会带来稳态误差，但增大比例系数，可以减小误差，却无法彻底消除。

加大比例系数可以加快响应速度。

比例系数较大的抗扰性强。

比例系数较大的超调量大。

比例系数越大，系统稳定欲量越小。

3、PI环节，可以彻底消除稳态误差，但却使得系统响应速度下降。

当Ki越大时，响应速度越慢。

当Ki越大时，超调量减少。

当Ki越大时，积分越慢，响应时间越长。

当Ki越大时，抗干扰性越好。