计算机仿真实验-基于Simulink的伺服系统

实验八 基于Simulink 的伺服系统仿真
一． 实验目的
1) 熟悉Simulink 的工作环境及其SimPowerSystems 功能模块库；
2) 掌握Simulink 的电力电子电路系统建模和仿真方法；
3) 掌握Simulink 下数学模型的仿真方法；
4）掌握PID 控制对系统输出特性的影响。

二．实验内容
直流电机单闭环调速系统组成如图8.1所示。

图8.1中，r 为给定输入量，y 为系统速度输出量，e 为系统偏差控制量。

控制器选用PI 调节控制方式，功率放大器选用PWM 功率放大器，电机选用他励直流电机。

系统参数见表8-1。

给定速度100 /r rad s =，负载由空载到1s 时跳变到20N 。

调节不同的PI 控制器参数，观测电机速度波形、转矩波形的变化规律。

PI 控制器参数取值为a) Ki=100, Kp=5; b) Ki=2, Kp=1。

控制器功率放大器伺服电机
r y
e +-
图8.1 直流电机单闭环调速系统组成
三．实验步骤
1. 建立电路仿真系统
在Simulink仿真环境中打开Simulink库，找出相应的单元部件模型，构造图所示的仿真模型。

其中用到了直流电机模块。

直流电机模块有1个输入端子、1个输出端子和4个电气连接端子。

电气连接端子与直流电机励磁绕组相连。

A+和A-与电机电枢绕组相连。

输入端子是电机负载转矩的输入端。

输入端子（m）输出一系列的电机内部信号，由4路信号组成。

通过“信号数据流模块库”中的“信号分离”模块，即Demux模块可以将输出端子m 中的各路信号分离出来。

经过整流桥变换向电机提供直流电压。

经励磁回路，输出PWM波形。

同时，电机的转速作为反馈信号反馈到输入端。

对于三相电压源，选择频率为50Hz，幅值为2203。

按图连接好线路，设置参数，建立其仿真模型，并对各个单元部件模型的参数进行修改，如图所示。

2.进行仿真波形输出
示波器的输出波形如下，依次为电机转速，电枢电流，场电流，电磁转矩（1）Ki=100, Kp=5
（2）Ki=2, Kp=1
四、实验结论
由上图可见，此系统为脉冲比较系统，仿真模型中利用负反馈，经PI 控制输出误差给脉波发生端。

通过调节不同的PI控制器参数，观测电机速度
波形、转矩波形的变化。

Ki=100, Kp=5时，各输出量的上升时间和调整时间
均小于Ki=2, Kp=1时的仿真结果，且上下波动幅值小于第二次的。

幅值上下波动较小，很快达到稳定值。

故Ki=100, Kp=5时的调速效果更好。

实验收获与问题：通过直流电机单闭环调速系统仿真，经PI控制器调节参数，对直流电机系统结构与工作方式有了认识，了解了负反馈系统的特点。

实验中对各元件的参数设置出现了困惑，不会对系统工作过程进行分析，仿真时间设置的过长导致结果不理想，最终在助教老师的帮助下成功的解决了。