运动控制MATLABsimulink实验报告

运动控制MATLAB----SIMULINK仿真实验

实

验

报

告

姓名：罗才宝

学号：0953505008

班级：09自动化

时间：2014年4月25日

1.单闭环直流调速系统仿真：

1.1实验说明：本次试验采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统，在保证系统稳定的前提下实现转速无静差调速。

1.2系统参数设计：系统用三相桥式全空整流电路供电的单闭环直流调速系统仿真，则Ts=0.0017s。其中：u N=220v,I N=13.6A,n N=1480r/min,Ce=0.131v/(r/min),电流允许过载倍数 1.5

λ=,Ks=76,电枢回路总电阻： 6.58

R=Ω，时间常数：Tl=0.018s,Tm=0.25s,u Nm *=5v。

计算反馈转速系数：α= u Nm */ n N=5v/(1480r/min)=0.00337v/(r/min)。

1.3单闭环直流调速系统仿真过程、结果及分析:

1.3.1无负载扰动时的单闭环直流调速系统仿真图:

1.3.1.1系统施加阶跃信号后的输出转速结果波形图：

1.3.1.2系统施加阶跃信号后的转速调节器输出结果波形图：

1.3.1.3结果分析：

从上述实验输出波形可以得知：该转速单闭环直流调速系统显然按典型II型系统进行设计的，转速调节器ASR采用PI调节器（传递函数

/τn s）,系统用PI调节器进行串联校正，牺为：W ASR（s）=K P(τn s+1)

牲了系统快速性，可抗扰性能、稳态精度变好。

1.3.2加负载扰动时的单闭环直流调速系统仿真图:

1.3.

2.1系统施加阶跃信号后的转速调节器输出结果波形图：

1.3.

2.2系统施加阶跃信号后的转速调节器输出结果波形图：

1.3.

2.3结果分析：

从上述实验输出波形可以得知：与1.3.1实验对比不难发现，在系统稳定运行时加负载扰动后，系统输出转速先出现一定程度的下降然后通过系统自行调节后恢复到给定转速，转速调节器的输出明显上升，说明外加负载扰动后，转速调节器能自行跟随同步相应，最终达到调速的目的。

2.双闭环直流调速系统仿真：

2.1实验说明：此次实验按工程设计方法进行设计。其中，电流环（内环）按典型I型系统进行设计，转速环（外环）按典型II型系统进行设计。

2.2系统参数设计：系统用三相桥式全空整流电路供电的双闭环直流调速系统仿真，则Ts=0.0017s。其中：u N=220v,I N=1

3.6A,n N=1480r/min,Ce=0.131v/(r/min);电流允许过载倍

数 1.5

λ=;Ks=76,电枢回路总电阻： 6.58

R=Ω，时间常数：Tl=0.018s,Tm=0.25s;u Nm*=5v,β=0.4V/A,α=0.00337v/(r/min),Toi= 0.005s,Ton=0.005s。γΩ

2.3双闭环直流调速系统仿真过程、结果及分析:

2.3.1无外加负载扰动且无滤波时的双闭环直流调速系统仿真图:

2.3.1.1系统施加阶跃信号后的输出转速结果波形图：

2.3.1.2系统施加阶跃信号后的转速调节器输出结果波形图：

2.3.1.3系统施加阶跃信号后的电流调节器输出结果波形图：

2.3.1.3结果分析：

为了保证W ASR和W ACR的运算放大器工作在线性区及保护系统元、部件与装置的安全，在W ASR和W ACR的输出端加了限幅环节（-6~+6）。从上述实验输出波形可以得知：系统最终稳态性能较好，可超调量偏大，快速性欠佳（t s=6s）。

2.3.2无外加负载扰动但加滤波环节时的双闭环直流调速系统仿真图:

2.3.2.1系统施加阶跃信号后的输出转速结果波形图：

2.3.2.2系统施加阶跃信号后的转速调节器输出结果波形图：

2.3.2.3系统施加阶跃信号后的电流调节器输出结果波形图：

2.3.2.4结果分析：

从上述输出波形可以看出：系统的快速性，稳定性，精准性都较好，W ASR实现了无静差调速，W ACR也几乎实现了无静差。

2.3.3外加负载扰动且加滤波环节时的双闭环直流调速系统仿真图:

2.3.3.1系统施加阶跃信号后的输出转速结果波形图：

2.3.3.2系统施加阶跃信号后的转速调节器输出结果波形图：

2.3.3.3系统施加阶跃信号后的电流调节器输出结果波形图：

2.3.3.4结果分析：

从输出波形对比分析可得：此系统的稳定性较好，可快速性较差，稳定后加负载扰动，输出转速出现了较大程度的下降，W ASR和W ACR的

调节量都相应曾加，可几秒钟后系统又恢复稳定，可见双闭环直流调速系统的抗扰动性能较好。

3.实验整体分析总结：

3.1做双闭环直流调速系统仿真时，构造W ASR和W ACR模块时采用了PID控制器（设计成PI控制器）和限幅器（设计相应参数）二者串联，但此种组合属于外限幅方式，PI控制其中的电容在限幅时并未停止充电，导致输入端反向退饱和时加长了反向充电时间，使得仿真结果与理论并不十分吻合。

3.2MATLAB设计和分析功能十分强大，但其并不是万能的，比如有些模块我们需要自行构造才能满足需要。

3.3仿真模块图搭建之后，实验过程中发现，双闭环直流调速系统的限幅环节十分重要，它的参数设计直接影响着调节时间和输出转速。还有就是某些参数需要实验中不但调试才能满足要求。

3.4此次仿真试验不仅加强了我对所学知识的理解，也培养了我的自学与独立思考问题的能力。