实验四 转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真.doc

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1、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Id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

2、：额定电压UN=220V，额定电流IdN=136A，额定转速nN=1460r/min，电动机电势系数Ce=0.132V·min/r，允许过载倍数λ=1.5。晶闸管整流装置的放大系数Ks=40。电枢回路总电阻R=0.5Ω，电枢回路电磁时间常数Tl=0.03s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.18s，整流装置滞后时间常数Ts=0.0017s,电流滤波时间常数Toi=0.002s。电流反馈系数β=0.05V/A（≈10V/1.5IN)。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

3、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1、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Kp和积分系数Ki，观察电流环输出电枢电流Id的响应曲线，记录电枢电流Id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KTKpKi0.250.506716.890.51.01333.771.02.02767.57表1不同比例系数Kp和积分系数Ki的电枢电流数据对比Kp/KiId/At/s0.010.020.040.060.080.10.5067/1

4、6.8995.28150.3187.73188.93187.12185.931.013/33.77128.58206.84194.88193.59192.83192.452.027/67.57179.1215.92202.86198.74197.29196.66分析：由表1可知，不同的比例系数Kp和积分系数Ki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Kp/Ki=0.5067/16.89时，在响应阶段中

5、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Kp/Ki=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Kp/Ki=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0.035s。所以超调量σ1=0；σ2=×100%=×100%=7.3%；σ3=×100%=×100%=21.2%。1、选择电流中一组比较好的比例系数Kp和积分系数Ki，在系统中加入转速环，建立转速、电流控制直流调速系统

6、的仿真模型。其中：转速环PI调节器的参数为Kp=11.7，Ki=134.48，系统的负载电流IdL=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Id的响应曲线，记录相关数据，并分析原因。选择Kp/Ki=1.013/33.77。图2转速、电流控制的直流调速系统的仿真模型表2转速、反馈控制直流调速系统的转速和电枢电流数据t/s0.050.10.40.81.21.5n(r/min)38.83104.39492.291008.51524.11501.6Id

7、/A198.31197.62197.49197.46194.68135.86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σ=×100%=×100%=2.7%。在转速达到稳态值时电流开始下降，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。1、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Id的响应

8、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，对比电流截止反馈的扰动时间长、转速动态降落大、不能充分利用电动机的