毕业设计（论文）-直流调速系统动态特性的仿真分析.doc

毕业论文直流调速系统动态特性的仿真分析机械工程工程系学生姓名： 学号： 机械电子工程系 部： 专 业： 指导教师： 二一六年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书毕业设计题目： 直流调速系统动态特性的仿真分析 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标 学生应该通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，在深入理解直流调速控制系统工作原理的基础上，建立系统的数学模型，并利用MATLAB中的GUI工具，对直流调速系统动态特性进行仿真，给出仿真实验结果。为学生在毕业后从事机电控制系统设计工作打好基础。2主要任务（1）分析直流调速控制系统的工作原理；（2）建立系统的数学模型；（3）编写MATLAB/GUI仿真程序；（4）调试、分析仿真结果； 3主要参考资料1 陈伯时. 电力拖动自动控制系统M. 北京：机械工业出版社，2004.2 齐占庆，王振臣. 电气控制技术M. 北京：机械工业出版社，2002.3 阮毅，陈伯时. 电力拖动自动控制系统M. 北京：机械工业出版社，2011.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，总体规划，完成开题报告2016.02.292016.03.112分析直流调速控制系统的工作原理2016.03.122016.03.203建立系统的数学模型2016.03.212016.04.104编写MATLAB/GUI仿真程序，中期检查2016.04.112016.04.295调试、分析仿真结果2016.04.302016.05.226整理毕业论文，准备答辩2016.05.232016.06.05审核人： 年 月 日直流调速系统动态特性的仿真分析摘 要：直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其他调速系统的基础。用MATLAB软件中的GUI进行仿真，不仅使用方便，也大大降低了研究成本。本文叙述了直流电动机的基本原理和调速原理，介绍了直流电动机单闭环和双闭环调速系统的动态特性，并建设立了调速系统的数学模型，给出了动态结构框图，用工程设计方法设计了直流电动机双闭环调速系统。最后，用MATLAB/GUI软件搭建了仿真模型，对所要研究的调速系统进行了仿真研究。通过对直流电动机双闭环调速系统动态特性的研究与仿真，可以清楚地看到，直流电动机双闭环调速系统具有较好的动态性能。关键词：直流调速；双闭环、单闭环系统；电流调节器；转速调节器；GUI仿真Simulation Research on Speed Regulation System of DC MotorAbstract：DC motor has a good effect, braking performance, appropriate for smooth speed control in a wide range, and DC speed control system both in theory and practice more mature, is to study the basis of other control system. The DC converter using MATLAB/GUI software system for simulation of virtual environments is not only easy to use, but also greatly reduce the research costs.This paper describes the basic principle of DC motor and speed control principle, introduced the single return circuit DC motor and dual-loop speed control system components and the static and dynamic characteristics, and according to the basic equation of DC motor speed control system construction established a mathematical model diagram shows the dynamic structure, designed by engineering design of DC Speed Regulation system. Finally, the simulation software MATLAB/GUI simulation model built on the speed control system was simulated.By DC Motor Speed Regulation of the dynamic characteristics and simulation, we can see clearly, double-loop DC motor speed control system has good dynamic performance, you can within a given speed, a smooth static error-free speedKeywords: Speed control of DC-drivers；Double-closed-loop；Current regulator；Speed regulator；Computer simulation；GUI simulation目录1 绪论11.1直流调速系统的概述11.2 MATLAB/GUI软件的介绍11.3论文的主要内容22 直流调速系统32.1直流电动机的原理图32.2直流调速系统的组成42.3 PID控制52.4转速、电流双闭环调速系统的静态、动态特性分析52.5直流调速控制系统的总体设计52.6直流电机参数和调节器设计52.7带转速微分负反馈环节的双环系统53 直流调速系统动态特性及其仿真分析53.1 MATLAB/GUI简介53.2 GUI设计的步骤53.3双闭环调速系统结构图和仿真参数的设置53.4系统仿真的结果53.5双闭环调速系统的动态特性分析53.6电流环和转速环参数改变对系统动态性能的影响53.7单闭环直流调速系统的性能分析5参考文献5致谢5附录5II太原工业学院毕业设计1 绪论1.1直流调速系统的概述直流电机能在大范围内平滑调速，且具有良好的制动和启动性能，在机械、电气自动化等许多领域中得到非常普遍的的应用。这几年，交流调速系统势头很猛，但是，直流拖动控制系统毕竟在实践和理论上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度看，它又是交流拖动控制系统的基础2。直流调速系统有开环调速系统、单闭环调速系统、双闭环调速系统、三环调速系统、弱磁控制的直流调速系统等。直流调速系统的动态特性包括：动态跟随性能、动态抗扰性能。动态抗扰性能又包括：抗负载扰动和抗电网电压扰动。跟随性能的性能指标有：上升时间、超调量、和调节时间。抗扰性能在本论文中只分析抗负载扰动的性能。抗扰性能指标包括：动态降落、恢复时间和峰值时间。在实际的生产活动中对动态的性能指标要求不同。可逆轧机对转速的动态跟随性能和抗扰性能要求都较高，而一般的不可逆调速系统主要要求转速的抗扰性能，跟随性能影响不大。1.2 MATLAB/GUI软件的介绍MATLAB是matrix laboratory的缩写，意思是矩阵实验室。MATLAB是一种高效的计算语言,且把编程、计算和可视化等功能集成到一个环境。在用MATLAB的过程中，我们可以按照我们的思维方式和表达形式来完成自己的工作。MATLAB是一个交互式的系统，其数据元素没有维数限制，这为我们处理大数据提供了方便。MATLAB是一个很有效的数值计算和可视化软件，它提供的动态系统仿真工具是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。GUI是实现人机交互的中介，具有强大的功能，可以完成许多复杂的程序模块。MATLAB的典型应用包括以下几点：数学计算、算法开发、数据采集、系统建模和仿真、数据分析和可视化、科学和工程绘图和应用软件开发（包括用户界面）3。本论文接下来要用的仿真软件是MATLAB中的GUI仿真工具（MATLAB图形用户界面开发环境GUIDE）。GUI界面给用户提供一个常见的界面，还提供一些控件，如按钮、列表框、滑块、菜单等。用户图形界面应易于理解，且操作是可以预告的，所以当用户进行某一项操作时，它知道如何去做1。创建MATLAB用户图形界面必须具有以下三类基本元素：1）组件、2）图形窗口、3）回应。实现一个GUI的过程包括两个基本任务：一是GUI的组建布局，另一个是GUI组件编程1。1.3论文的主要内容本毕业设计的题目是：直流调速系统动态特性的仿真分析。题目中包含两个任务，即动态特性和仿真分析。以直流电动机为对象，用工程设计方法设计直流电动机转速、电流双闭环调速系统，基于直流电动机的基本方程给出动态结构图，建立双闭环调速系统的数学模型，并应用MATLAB进行仿真，对仿真结果分析、研究。主要工作如下：(1) 数学模型的建立查阅书籍，根据直流电机的基本方程，建立双闭环调速系统的数学模型并给出动态结构图。(2) 系统方案设计通过查看资料，了解直流电动机双闭环调速系统的最佳工程设计方法，并进行调速系统的设计。采用工程设计方法选择调节器时，应该先根据控制系统的要求，判定要校正成那一类典型系统。所以，应该深入了解型系统和型系统在性能上的区别。然后再选择用PI调节器还是PID调节器。(3) 仿真的进行和结果的分析与探究深入学习和掌握MATLAB下的GUI中的各个组件的作用，学习GUI中回调函数的编写。学会改变所要对象的属性值，为后面的编程提供方便。在布局GUI时，尽量使界面美观。最后，根据GUI图像分析直流调速系统的动态特性，包括时域分析和频域分析。 2 直流调速系统2.1直流电动机的原理图图2-1表示是一台最简单的两极直流电机模型，它的定子上，装设了一对用直流励磁的主磁极和，在转子上装设电枢铁心。图2-1 直流电机模型2.1.1直流调速控制系统的分析与比较（1）直流电动机转速的表达式： （2-1）式中-转速（r/min）； -电枢电压（V）；-电枢电流（A）；-电枢回路总电阻（）；-励磁磁通（）；-由电机结构决定的电势常数。由式(2-1)可知，可通过以下方法调速：1)改变电枢回路总电阻R；2)调节电枢供电电压U；3)减弱电动机磁通。对于无极调速系统，通过改变电枢电压的调速方式为最好。减弱磁通调速范围不大，一般很少使用，通常只是配合调压使用。(2) 直流调速控制系统的发展阶段1)开环直流调速控制系统 图2-2 开环直流调速系统存在的缺点是:第一，电流是不能反向的。第二，开环调速系统机械特性有有可能是断续的，是非线性的。2)闭环直流调速控制系统图2-3 转速、电流双闭环调速系统图从各方面实验，转速和电流双闭环具有良好的静、动态特性。2.2直流调速系统的组成典型反馈控制系统的结构中包含三个典型的部分:即对象模型、控制器模型、反馈模型。图2-4 开环系统的结构图图2-5 闭环系统的结构图 2.3 PID控制PID在控制工程中使用广泛，它的结构灵活，在工业中有很大的优势,如机械、电气、液压等方面。它有四种控制，分别是P、PD、PI、PID。PID控制算法的示意图如图2-6图2-6 P1D控制算法的示意图其中: 比例项的作用是只改变信号的增益而不影响其相位，积分项的作用是减少稳态误差，微分项能产生超前控制，减少响应的超调。式（2-2）即进行运算形成的： （2-2）相应的传递函数为: （2-3）PID控制器如图2-7所示图2-7 PID控制器在实际生产应用时，因为检测信号中含有很强的干扰信号，只用PI控制，一般不采用微分控制项。 图2-8 P I控制器闭环调速系统的转速环、电流环大多数用的是PI控制。PI控制有比例控制、积分控制。图2-9 采用PI调节器的自动调节系统是系统调节对象的传递函数，是系统的输入信号，是系统的输出信号，表示偏差信号，是调节器输出的控制信号(各值取绝对值)。是PI调节器的比例系数，是PI调节器的时间常数，是PI调节器的传递函数。从传递函数看，自动调节系统为： （2-4）可分成比例部分和积分部，其中，比例部分与偏差成正比，积分部分同偏差的积分有关。2.4转速、电流双闭环调速系统的静态、动态特性分析2.4.1转速、电流双闭环调速系统的静特性图2-10 转速、电流双闭环直流调速系统为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接，如图2-10所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。图2-11 转速、电流环系统电路图为了获得良好的静、动态性能，电流、转速双环系统一般都采用PI调节器。图2-11是电路原理图。从图2-11可知两个调节器的输出都是带限幅的。图2-12 双闭环调速系统稳态结构图一般，电流调节器不会达到饱和。所以，在静特性中，就只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。2.4.2转速、电流双闭环调速系统的动态特性（1）双闭环调速系统的动态数学模型双闭环直流调速系统的动态结构框图如图2-14所示。图中转速调节器的传递函数，是电流调节器的传递函数。图2-13 双闭环系统动态结构图（2）动态抗扰性能分析 抗负载扰动由图2-14动态图可知，只能靠转速调节器来产生抗扰作用，因为，负载扰动在电流环之后。在设计ASR时，应要注有较好的抗扰性能指标。 抗电网电压扰动电网电压变化对调速系统也产生扰动作用。和都作用在被转速负反馈环包围的前向通道上，仅就静特性而言，系统对它们的抗扰效果是一样的。但从动态性能上看，由于扰动作用点不同，存在着能否及时调节的差别。电网电压扰动的作用点离被调量稍远，调节作用就会受到延滞。（3）电流调节器和转速调节器的作用1) 转速调节器有以下功能：实现稳态无静差；在抗负载扰动方面起作用；最大电流是由转速调节器的限幅来定的。2) 电流调节器有以下功能：抗电网电压扰动；能保证在启动时有最大电流；能起到安全保护作用。2.5 直流调速控制系统的总体设计控制系统的设计思路如下图图2-14 控制系统的设计思路本设计要求按某大中型龙门刨床的参数设计，下面是设计要求。控制系统设计要求：双闭环系统转数超调量，带转速微分的系统转速超调量，调节时间14。2.5.1直流电动机数学模型直流电动机的等效方框图如图2-15所示。图2-15直流电机的等效方框图电动机电枢回路的运动方程式: （2-5）取下边式子的拉斯变换等，在零初始条件下： （2-6）是电枢回路电磁时间常数，单位为s；电流与电动势间的传递函数如下： (2-7)再考虑，得出直流电动机的动态结构图。如果不需要表现出电流，还可进一步简化。图2-16 直流电动机的动态结构图2.5.2测速电机数学模型测速发电机经简化后，可以认为其输出电压同转速有线性关系，即: 式中:是测速发电机的反馈系数，单位是伏分/转。n是电机转速，单位是转/分。2.5.3可控硅触发和整流装置的数学模型2.6直流电机参数和调节器设计2.6.1电机参数直流电机:ZBD-93-BL 型电枢回路总电阻电势常数转矩负载点数时间常数机电时间常数电流反馈系数转速反馈系数2.6.2转速、电流双闭环调速系统图在所要研究的系统中设计两个调节器，、转速两种负反馈分别起作用，分别实现对电流和对转速的调节，它们的关系见图2-17。 双闭环调节器一般都采用PI调节器，是为了获得较好的静、动态性能。 转速、电流双闭环直流调速控制系统的系统结构图见图2-17。 图2-17 转速、电流双闭环调速系统图2.6.3电流调节器的设计由于和一般都比小得多，可当作小惯性环节处理，因此可取将电机的反馈断开，其电流环结构图如图2-18所示。图2-18 断开电机反馈的电流环的动态结构图将其他等效于环内的结构图如图2-19。图2-19 电流调节环动态结构图简化和一般都比小，可当成小参数近似处理，等效系统结构图如图2-20所示。 图2-20 电流环动态结构简化图（1）电流调节器结构选择电流调节器应该采用PI调节器，因为电流环要校正成I型系统，传递函数为： (2-8)式中 ； 。 为了让调节器零点抵消掉控制对象的大时间常数极点，选择 所以电流环的动态结构图就成为典型形式，见式（2-9） (2-9)校正成典型型系统的电流环结构图见图2-21。图2-21 校正成典型I型系统的电流环很多时候，希望时，可取，,所以 （2-10） （2-11）(2) 电流调节器参数计算1）确定时间常数在设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态作用，而将电动势反馈断开，从而得到忽略电动势影响的电流环近似结构图。再把给定滤波和反馈滤波两个环节等效地移到环内。最后，和比小得多，可以当作小惯性环节处理，等效成一个惯性环节，取；2）确定电流调节器所需的结构参数根据要求: ,而且所以可按典型I型系统设计。电流调节器选用型，它的传递函数为ACR超前时间常数: =0.014s电流环开环增益: 要求,应取2，因此ACR的比例系数为2.6.4 转速调节器的设计将电流环等效替代前面的电流环之后，图2-22转速调节器的结构图。 图2-22 转速环动态结构图图2-23是把等效地移到转速环内后的转速环结构图。图2-23 转速环动态结构图在使用中，转速调节器一般最好采用PI调节器，因为转速环校是要校正成II型系统，下面是其传递函数： (2-12)可知，图2-23的开环传递函数如下： (2-13)式中-转数环的开环增益: （2-14）由上得，ASR的比例系数为: (2-15) ASR的参数: (2-16) (2-17)调节器PI的比例系数: (2-18)如无特殊要求，一般取中频宽h=5为好2。(1)转速环参数计算选取转速环滤波时间常数，上面已经确定，合并转速环小时间常数，最终 (2)选择转速调节器的结构根据要求，转速环应按典型型系统设计。所以转用，它的传递函数为: (2-19) (3)下面确定转速调节器参数取h=5，ASR时间常数为:它的开环增益为：=则它的放大系数为:2.7带转速微分负反馈环节的双环系统在有些时候系统既不让转速超调，对抗扰性能要求高。只采用转速环和电流环就有些不够用了，所以就引入了转速微分负反馈。加入他可以减少超调，也能降低，所以采用该种改进对系统是很有好处的。从图2-24中可以看出，它比一般的转速调节器多了两个器件，分别是和，比原来转速微分负反馈。这样两个作用比普通的系统提前达到平衡。下面是带转速微分负反馈的转速调节器的原理图。图2-24 带转速微分负反馈的转速调节器原理图由图2-24，经过公式变换，最终得到转速微分负反馈环节为。有前面已知的，。取，所以3 直流调速系统动态特性及其仿真分析3.1 MATLAB/GUI简介MATLAB的数学运算功能特别强大、界面直观、人机互动强。在很多领域都用到，如：电工电气、机械、图像处理等。 图 3-3 GUI交互组件 GUI的组件主要有按钮（Push Button）、滑动条（Slider）、单选按钮（Radio Button）、复选框（Check Box）、文本框(Edit Text)、文本标签（Static Text）、下拉菜单(Pop-Up Menu)、下拉列表框(List Box)、双位按钮(Toggle Button)、坐标轴（Axes）、面板（Panel）、按钮组（Button Group）和ActiveX(ActiveX Control)1 。图3-4 GUI交互组件面板 3.2 GUI设计的步骤图3-5 GUI设计的步骤 3. 3双闭环调速系统结构图和仿真参数的设置前面已按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器，直流调速系统的动态性能有两个，分别是动态跟随性能和动态抗扰性能。 图3-6 双闭环调速系统动态结构图图3-7 带转速微分负反馈环节调速系统动态结构图前面已按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器，直流调速系统的动态性能有两个，分别是动态跟随性能和动态抗扰性能。3.3.1通过MATLAB求系统的传递函数G1=tf(1,0.01 1); G2=tf(Tn 1,Tn/Kn 0);G3=tf(1,0.002 1); G4=tf(Ti 1,Ti/Ki 0);G5=tf(40,0.00167 1); G6=tf(25,0.014 1);G7=tf(0.04,0.12 0); G8=4.7019;H1=tf(0.04,0.12 0); H2=tf(0.033,0.002,1);H3=tf(0.01,0.01,1); H4=tf(0.000634 0,0.01 1);P1=minreal(G6/(1+H1*G6);P2=minreal(G4*G5*P1/(1+G4*G5*P1*H2);P3=minreal(G2*G3*P2*G7*G8/(1+G2*G3*P2*G7*G8*H3);P4=minreal(G1*P3);P5=minreal(G6*G7/(1+G6*G7);P6=minreal(G1*G2*G3*P2*G7*G8*H3);P7=minreal(G1*G2*G3*G4*G5*P1*G7*G8*H3);P8=minreal(G4*G5*G6/(1+G4*G5*G6*H2);P11=minreal(-1*G7*G8/(1+G7*G8*G2*G3*H3*P8);P12=minreal(P3/(1+P3*H4);P13=minreal(G1*P12);P14=minreal(G1*P3*H4);P15=parallel(H3,H4);P16=minreal(-1*G7*G8/(1+G7*G8*G2*G3*P15*P8);其中，P4双闭环调速系统的闭环传递函数，P6是双闭环调速系统的的开环传递函数，P11是双闭环调速系统负载扰动的传递函数，P13是转速微分负反馈双环系统的闭环传递函数，P14是转速微分负反馈双环系统的开环传递函数，P16是转速微分负反馈双环系统负载扰动的传递函数。3.4系统仿真的结果图 3-8 GUI仿真结果 3.5双闭环调速系统的动态特性分析3.5.1双闭环调速系统的时域分析图3-9 时域分析图动态跟随性能指标是在给定输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用跟随性能指标来描述。所以给定的信号不同，输出响应也不同。很多情况下以输出量的初、给定信号阶跃变化的过度过程作为典型的跟随过程，。阶跃响应的跟随性能指标有：上升时间、超调量、调节时间。图3-9中，红色曲线是双闭环调速系统单位阶跃响应曲线，蓝色曲线是转速微分负反馈双环系统单位阶跃响应曲线。由图知，红色曲线的最大超调量，而蓝色曲线的最大超调量大为降低，是，所以，转速微分负反馈作用显示无疑。红色曲线的峰值时间，蓝色曲线的峰值时间。所以，得出结论：在转速调节器上加上转速微分负反馈环节可以显著的降低系统的最大超调量，虽说加上微分负反馈达到峰值的时间增大，总的来说，加上它系统能获得非常好的动态性能。图3-6的时域分析图中的最大超调量和峰值时间是通过如下方法实现的：在我电脑的E盘里建立了一个E:MATLABmulu文件夹，在这个文件夹里我设计了一个求上升时间、超调量、调节时间的程序，文件名为perf.m。function sigma,tp,ts=perf(key,y,t) %MATLAB FUNCTION PROGRAM perf.m % %Count sgma and tp mp,tf=max(y); cs=length(t); yss=y(cs); sigma=(mp-yss)/yss; tp=t(tf); %Count ts i=cs+1; n=0; while n=0, i=i-1; if key=1, if i=1 n=1; elseif y(i)1.05*yss, n=1; end; elseif key=2, if i=1, n=1; elseif y(i)1.02*yss, n=1; end; end end; t1=t(i); cs=length(t); j=cs+1; n=0; while n=0, j=j-1; if key=1, if j=1, n=1; elseif y(j)0.95*yss, n=1; end; elseif key=2, if j=1, n=1; elseif y(j)0.98*yss, n=1; end end t2=t(j); if t2t2; ts=t1; end elseif t2tp, if t2t1, ts=t2; else ts=t1; end end; end3.5.2双闭环调速系统的频分析图3-10 无转速微分负反馈双环系统的bode图图 3-11 有转速微分负反馈双环系统的bode图由图3-10的数据可知，该系统的幅值穿越频率，与其相对应的相位裕量为，与对应的相位穿越频率，其幅值裕量，所以，该系统是稳定的。由图3-11的数据可知该系统的幅值穿越频率，与其相对应的相位裕量为，与对应的相位穿越频率，其幅值裕量,所以，该系统是稳定的。图3-10和图3-11的频域分析图中的是否稳定性是通过如下方法实现的：Gm, Pm, Wcg, Wcp=margin(P6);margin(P6)Wdz=Wcp-Wcg;if(Wdz=0.05, n=1; end; elseif key=2, if i=1, n=1; elseif y(i)=0.002, n=1; end; end end; t1=t(i); i; cs=length(t);j=cs+1;n=0; while n=0, j=j-1; if key=1, if j=1, n=1; elseif y(j)=-(0.005), n=1; end; elseif key=2, if j=1, n=1; elseif y(j)=(-0.02), n=1; end; end end; t2=t(j); j; if t2t2 tv=t1; end elseif t2tp, if t2t1, if t1=0 tv=t1; else tv=t2; end else if t1=0 tv=t1; else tv=t2; end end end3.6 电流环和转速环参数改变对系统动态性能的影响3.6.1电流环参数改变对系统动态性能的影响电流环设计为PI调节器，将比例系数适当减小，假定减小为，积分时间常数适当加大，假定加大为，可以使超调减少。仿真后的曲线如下图。图3-13 改变电流环参数后GUI仿真结果通过编辑下面m文件，然后在MATLAB中运行，最够就行很清晰的观察出在改变电流环参数前和后的变化。clcG1=tf(1,0.01 1); G2=tf(0.087 1,0.087/72.6 0);G3=tf(1,0.002 1); G4=tf(0.014 1,0.014/0.057 0);G41=tf(0.3 1,0.3/0.027 0);G5=tf(40,0.00167 1); G6=tf(25,0.014 1);G7=tf(0.04,0.12 0); G8=4.7019;H1=tf(0.04,0.12 0); H2=tf(0.033,0.002,1);H3=tf(0.01,0.01,1); H4=tf(0.000634 0,0.01 1);P1=minreal(G6/(1+H1*G6);P2=minreal(G4*G5*P1/(1+G4*G5*P1*H2);P3=minreal(G2*G3*P2*G7*G8/(1+G2*G3*P2*G7*G8*H3);P4=minreal(G1*P3); P7=minreal(G1*P6);P5=minreal(G41*G5*P1/(1+G41*G5*P1*H2);P6=minreal(G2*G3*P5*G7*G8/(1+G2*G3*P5*G7*G8*H3);step(P4,r)grid onhold onstep(P7)hold offy,t=step(P4);sigma,tp=perf(2,y,t)y,t=step(P7);sigma,tp=perf(2,y,t)图3-14 改变电流环参数后时域分析图图3-14中红色曲线是原始参数下出的图，蓝色曲线是将比例系数适当减小，积分时间常数适当加大后出的图。通过观察图3-14，可以得出结论：将比例系数适当减小，积分时间常数适当加大，可以使输出超调减少。图3-15中显示的是command window窗口，里面的数值是通调用perf.m计算出来的。其中，第一个sigma是在原始参数下算出的最大超调量，。第二个sigma是在将比例系数适当减小，积分时间常数适当加大下算出的最大超调量，由图可知。图3-15 command window窗口3.6.2转速环参数改变对系统动态性能的影响转速环设计为PI调节器，将比例系数适当减小，假定减小为，积分时间常数适当加大，假定加大为，可以使超调减少。仿真后的曲线如下图。通过编辑下面m文件，然后在MATLAB中运行，就能够很清晰的观察出在改变电流环参数前和后的变化。图3-16 改变转速环参数后GUI仿真结果通过编辑下面m文件，然后在MATLAB中运行，就能够很清晰的观察出在改变电流环参数前和后的变化。clcG1=tf(1,0.01 1); G2=tf(0.087 1,0.087/72.6 0);G21=tf(0.87 1,0.87/60 0);G3=tf(1,0.002 1); G4=tf(0.014 1,0.014/0.057 0);G5=tf(40,0.00167 1); G6=tf(25,0.014 1);G7=tf(0.04,0.12 0); G8=4.7019;H1=tf(0.04,0.12 0); H2=tf(0.033,0.002,1);H3=tf(0.01,0.01,1); H4=tf(0.000634 0,0.01 1);P1=minreal(G6/(1+H1*G6);P2=minreal(G4*G5*P1/(1+G4*G5*P1*H2);P3=minreal(G2*G3*P2*G7*G8/(1+G2*G3*P2*G7*G8*H3);P4=minreal(G1*P3);P5=minreal(G4*G5*P1/(1+G4*G5*P1*H2);P6=minreal(G21*G3*P5*G7*G8/(1+G21*G3*P5*G7*G8*H3);P7=minreal(G1*P6);step(P4,r)，grid onhold onstep(P7)hold offy,t=step(P4);sigma,tp=perf(2,y,t)y,t=step(P7);sigma,tp=perf(2,y,t)图3-17 改变转速环参数后时域分析图图3-17中红色曲线是原始参数下出的图，蓝色曲线是将比例系数适当减小，积分时间常数适当加大后出的图。通过观察此图，可以得出结论：将比例系数适当减小，积分时间常数适当加大，可以使输出超调减少。图3-18中显示的是command window窗口，里面的数值是通调用perf.m计算出来的。其中，第一个sigma是在原始参数下算出的最大超调量，。第二个sigma是在将比例系数适当减小，积分时间常数适当加大下算出的最大超调量，由图可知。图3-18 command window窗口3.7单闭环直流调速系统的性能分析上面重点讲了双闭环和带转速微分负反馈环节的仿真曲线，接下来简单的分析一下单闭环的动态性能。3.7.1双闭环调速系统结构图图3-16 校正前的单闭环调速系统图3-16 带转速调节器的单闭环直流调速系统的结构图图3-17 带转速微分负反馈的调速系统结构图图3-16 GUI界面图通过点击call program可以打开单闭环调速系统的GUI界面图3-17 单闭环直流调速系统的GUI界面是放大器的电压放大系数，是晶闸管整流器与触发装置的电压放大系数。图3-18 单闭环直流调