李伟-直流他励电动机调速控制综合实验

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1、直流他励电动机调速控制综合实验实验报告报告人：李伟目录1.理论分析11.1参数设置11.2各系统的传递函数及理论响应波形11.2.1DCmotor空载启动11.2.2加入前馈环节21.2.3加入反馈环节22.模型结果图及仿真波形52.1基础电路搭建及参数设置52.2实验内容62.2.1DCmotor空载启动62.2.2加入前馈环节102.2.3加入反馈环节111.理论分析1.1参数设置Armatureresistanceandinductance：Ra=0.6Ω，La=0.012H；Fieldresistanceandinductance：Rf=240Ω，Lf=

2、10H；Field-armaturemutualinductance：Laf=1.8H；Totalinertia：J=1；K=10/50/90/100；1.2各系统的传递函数及理论响应波形这里为了简化分析，将励磁回路电流看做恒定值，忽略空载启动时励磁电流的指数上升过程，即if=1A，只有这样我们所研究的系统才是LTI系统，否则会是一个时变的系统。在后面的仿真过程中我们会再次考虑到励磁电流的这种上升过程，并证明这种简化对系统的影响可以忽略。1.2.1DCmotor空载启动ω(s)=kTLas2+Ras+kekTUa(s)图1.11.2.2加入前馈环节ω(s)=Kf

3、fkTLas2+Ras+kekTωref(s)+Las+RaLas2+Ras+kekTTL(s)图1.21.2.3加入反馈环节ω(s)=KkTKkT+s(Las2+Ras+kekT)ωref(s)+Las+RaLas2+Ras+kekTTL(s)下面仅对K=10时进行理论计算，其响应曲线如下图，图1.3仅有ωref作用时，该系统是一个三阶系统，下面仅针对ωref输入对结果的影响，分析其暂态指标，并应用根轨迹法分析其稳定性及相角和幅值裕量：（1）暂态指标：上升时间：0.633s超调量：19.76%调整时间（∆=2%）：1.455s（2）根轨迹分析其稳定性：作ω(s

4、)=KkTKkT+s(Las2+Ras+kekT)ωref(s)所对应的开环传递函数的根轨迹图，如下：图1.4从图上可以看出，当K值大于2.58时，系统的单位阶跃响应出现振荡，当K值大于90时，系统将会出现正实部根，这会使系统处于不稳定状态，而K=90系统将处于临界稳定状态。（1）相角与幅值裕量：作开环传递函数的bode图，如下：图1.5从图中可得，相角裕量为：84.2°幅值裕量：39dB系统拥有较好的暂态性能。2.模型结果图及仿真波形2.1基础电路搭建及参数设置图2.1基本电路图2.2DCmotor参数设置2.2实验内容2.2.1DCmotor空载启动图2.3

5、空载启动电路图中powergui（全称PowerGraphicalUserInterface）模块是分析电力系统模型有效的图形化用户接口工具，也是所搭建的模型可以正常仿真所必备的模块。图2.4空载启动的转速阶跃响应仿真结果可见，与理论分析所得到的响应波形图1.1相比较，两者几乎完全相同。注意，在上述仿真模型的参数设置中我们对励磁电流的初始值做了跟符合实际的调整，即将其定为0。而在1.2中我们为了简化计算将励磁电流视为了恒定值1A，下面我们将用仿真结果来说明，两者之间的误差是可以忽略的，即我们在1.2中所作的近似是可以接受的。首先将参数重新设置，只需将Initia

6、lfieldcurrent改变为1A，其余不变，如下图2.5所示：图2.5为验证1.2中所作近似的合理性而修改后的DCmotor参数修改参数后的仿真结果如下图，图2.6修改参数后的仿真结果图2.4和图2.6高度近似，我们选取其转速上升至50的局部曲线继续观察，图2.7修改参数后（左）和修改参数前（右）的对比从图2.7中可以看出，在1.2中我们所做的近似是完全可取的。因此，在下面的仿真分析过程中，我们全部采用更符合实际情况的参数设定，即图2.2所示的参数设定。由图2.4可知，响应曲线在1s时已经接近稳态值了，所以下面拟选择以3s为间隔，逐次降低输入电压，观察其转速

7、的动态变化过程，以绘制输入电压与空载稳定转矩的关系曲线，其电路图如下图：图2.8其中，四个阶跃信号分别为Step=240u(t)、Step1=-40u(t-3)、Step2=-40u(t-6)、Step3=-40u(t-12)，Va是一个VCVS由四个阶跃信号叠加结果来控制，输出电压跟随控制信号而变化，相同仿真结果如下：图2.9从仿真结果中我们可以得到对应于输入电压240V、200V、160V、120V的空载稳定转速分别为132、112、89、67，作下图：图2.10从拟合结果来看，w=Ua/1.9+0.545，与理论计算结果的w=Ua/1.8基本吻合。可以预见

8、，随着所取得电压数越多，