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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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:
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
KT
Kp
Ki
0.25
0.5067
16.89
0.5
1.013
33.77
1.0
2.027
67.57
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/Ki
Id/A
t/s
0.01
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.5067/16.89
95.28
150.3
187.73
188.93
187.12
185.93
1.013/33.77
128.58
206.84
194.88
193.59
192.83
192.45
2.027/67.57
179.1
215.92
202.86
198.74
197.29
196.66
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%。
3、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/s
0.05
0.1
0.4
0.8
1.2
1.5
n(r/min)
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。
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Id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过载能力获得最快的动态响应等缺点,比较完美的解决了上述问题,能充分按照理想要求控制电流,有良好的起动性能。
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- 实验 转速 电流 反馈 控制 直流 调速 系统 仿真