实验四转速电流反馈控制直流调速系统的仿真word文档良心出品

实验四转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

一、实验目的

熟练使用MATLAB 下的SIMULINK 软件进行系统仿真。

学会用MATLAB 下的SIMULINK 软件建立转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。

二、实验器材

PC机一台，MATLAB 软件

三、实验参数

采用转速、电流反馈控制的直流调速系统, 按照要求分别进行仿真实验, 输出直流电动机的电枢电流I d和转速n的响应数据，绘制出它们的响应曲线，并对实验数据进行分析，给出相应的结论。

转速、电流反馈控制的直流调速系统中各环节的参数如下：

直流电动机：额定电压U N = 220 V,额定电流I dN =136 A,额定转速n N = 1460r/min , 电动

机电势系数C e= 0.132 V • min/r，允许过载倍数/=1.5。

晶闸管整流装置的放大系数K s = 40。

电枢回路总电阻R =0.5Q ,电枢回路电磁时间常数T i = 0.03s,电力拖动系统机电时

间常数T m = 0.18 S,整流装置滞后时间常数Ts=0.0017s电流滤波时间常数T oi=0.002s。

电流反馈系数3=0.05V/A (F0V/1.5I N)。

四、实验内容

1、电流环的仿真。参考教材P90中相关内容建立采用比例积分控制的带限幅的电

流环仿真模型，设置好各环节的参数。

图1电流环的仿真模型

2、按照表1中的数据分别改变电流环中比例积分控制器的比例系数 K p 和积分系数

K i ,观察电流环输出电枢电流I d 的响应曲线，记录电枢电流I d 的超调量、响应时间、稳

态值等参数，是否存在静差？分析原因。

表1比例积分系数

KT K p K i 0.25 0.5067 16.89 0.5 1.013 33.77 1.0

2.027

67.57

不同比例系数Kp 和积分系数Ki 时的电枢电流曲线

250

Kp/Ki=0.5067/16.89 Kp/Ki=1.013/33.77

Kp/Ki=2.027/67.57

150

100

50

0 R _____ [ _____ [ ______ [ _____ [ ______ [ _____ E ______ [ _____ [ ______ [ _____ [

200

Scope

Transfer Fcn4

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

t/s

分析：由表1可知，不同的比例系数K p和积分系数K i会影响系统的电枢电流且系

统存在静差，原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动，电动机反电动势是一个线性渐增的扰动量，所以系统做不到无静差。。当K p/K i=0.5067/16.89时，在响应阶段中

电枢电流较小，无超调，其稳态值为186A，响应时间较长，大约为0.05s；当

K p/K i=1.013/33.77时，在响应阶段中电枢电流较大，其稳态值为193A，响应时间短，

大约为0.045s；当K p/K i=2.027/67.57时，响应阶段中电流大，其稳态值为198A，响应

时间短，大约为0.035so

所以超调量o1=0；

C Cmax-C^、“ccc/ 207 -193 o2= X100%= X100%=7.3%;

C 处193

o3=Cma x~C* X100%= 240-198 X00%=21.2%。

C 处198

3、选择电流中一组比较好的比例系数K p和积分系数K i，在系统中加入转速环，建立转速、电流

控制直流调速系统的仿真模型。其中：转速环PI调节器的参数为K p =11.7,

K i=134.48，系统的负载电流l dL=136A，观察调速系统输出转速n的响应曲线，并记录

转速的超调量、响应时间、稳态值等参数，以及电枢电流I d的响应曲线，记录相关数据, 并分析原因。

选择K p/K i=1.013/33.77。

2转速、电流控制的直流调速系统的仿真模型

转速、电流反馈控制直流调速系统的转速曲线

1600

1400

1200

1000

n 800

m 600

400

200

-200 J

0 0.5 1.5

t/

s

转速、电流反馈控制直流调速系统的电枢电流曲线

250

表2转速、反馈控制直流调速系统的转速和电枢电流数据

t/s 0.05 0.1 0.4 0.8 1.2 1.5 n(r/mi n) 38.83 104.39 492.29 1008.5 1524.1 1501.6 Id/A

198.31

197.62

197.49

197.46

194.68

135.86

分析：在转速、电流反馈控制的直流调速系统中，电流快速达到稳态值然后保持稳

定，转速在短时间内以最大加速度上升至稳态值，转速响应时间大约为

1.2s,稳态值为

1502r/min ，其超调量（=C max C X100%=1543 1502 X100%=2.7%。在转速达到稳态

C 比

1502

值时电流开始下降，在此过程中，转速先上升后下降，当电流下降到负载电流大小时， 转速达到稳态值，并保持稳定。

4、对比带电流截止负反馈的直流调速系统，该双闭环控制直流调速系统的输出转 速n 和电枢电流I d 的响应曲线和相关数据，分析原因，并给出相关结论。

分析：由表2可知，与带电流截止负反馈的直流调速系统相比， 该双闭环控制直流 调速系统充分利用电机允许的过载能力，在转速上升阶段始终保持电机允许电流的最大 值，使电机转速以最大加速度上升。在到达稳定转速后，电流又能在短时间内降下来, 使转矩与负载相平衡，从而稳态运行。

四、实验总结

转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、 动态性能优良的直流调速系统， 对比电

200

150

100

50

0.5

1 t/

s

1.5