0实验一：转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数

1、实验一：转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数转速负反馈闭环调速系统系统仿真框图及参数图一比例积分控制的直流调速系统的仿真框图图一中是转速负反馈闭环调速系统的仿真框图，由框图中可以看出：1、该系统是采用PI调节器进行调节的，PI调节器的传递函数如下式所示:rs其中，Kp是比例系数，积分系数 K（ = 1/to2、该系统采用的是单闭环系统，通过把转速作为系统的被调节量，检测误差，纠正误 差，有效地抑制直至消除扰动造成的影响。各环节参数如下：直流电动机：额定电压Un = 220V ,额定电流,额定转速叫！ =, 电动机电动势系数 Q = ft.l92V.min/r。假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装

2、置的放大系数Ka = 44 ,滞后时间常数 1 0.00167s。电枢回路总电阻 R = 1.0 ,电枢回路电磁时间常数 二090167香，电力拖动系统机电 时间常数Tm = 0.075s o转速反馈系数V imin/r。对应额定转速时的给定电压= 10V。转速负反馈闭环调速系统的仿真1 .仿真模型的建立比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型修改为0.6后控制参数的仿真结果:图1 电枢电流随时间变化的规律图2电机转速随时间变化的规律由图1可知电流的最大值为 230A左右，显然不满足实际要求，故后面需对此进行处理, 采用带电流截止负反馈环节的直流调速系统。其中，由图2 scope输出结果中可

3、以得出该控制系统的最大超调量Mp、上升时间q，调整时间%,取值分别为:Mp= 108r/min, 。= 0.12s, I1= 0.28s （估计值）2 . PI调节器参数的调整改变PI调节器的参数，并在启动仿真，分别从仿真曲线中得到的最大超调量及调整时 间，相互间进行比较，如下表所示比例系数Kp积分系数IQ最大超调量Mp(r/min)调整时间J(s)0.2530>0.60.5630>0.60.5611.431080.280.811.43630.280.8151520.23由表中可以看出，改变PI调节器的参数，可以得到转速响应的超调量不一样、调节时间不一样的响应曲线。如下图所示分别为

4、调节器参数为Kp=0.2S, Ki=3的系统转速响应曲线，系统转速的响应和= Q81s Kr二 15时系统的转速响应曲线。当PI调节器的参数取为0 = Q25 , 1/ =3时图3电枢电流随时间变化的规律图4电机转速随时间变化的规律系统转速的响应无超调，但响应的调整时间很长 当PI调节器的值取七二风时应二15时图5 电枢电流随时间变化的规律图6电机转速随时间变化的规律系统转速的响应的超调很大，但调整时间短，快速性好。PID参数的整定就是合理的选择 PID三参数。从系统的稳定性、响应速度，超调量 和稳态精度等各方面考虑问题，三参数的作用如下：1、比例参数Kp的作用是加快系统的响应速度，提高系统的

5、调节精度。随着K目的增大系统的响应速度越快， 系统的调节精度越高， 但是系统易产生超调， 系统的稳定性变 差，甚至会导致系统不稳定。Kp取值过小，调节精度降低，响应速度变慢，调节时间加长，使系统的动静态性能变坏。2、积分作用参数 七的一个最主要作用是消除系统的稳态误差。降越大系统的稳态误差消除的越快，但K也不能过大，否则在响应过程的初期会产生积分饱和现象。若Ki过小，系统的稳态误差将难以消除，影响系统的调节精度。3、微分作用参数Ke的作用是改善系统的动态性能，其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。但K日不能过大，否则会使响应过程提前制动，延长调节时间，并且会

6、降低系统的抗干扰性能。总之，PID参数的整定必须考虑在不同时刻三个参数的作用以及相互之间的互联关 系，该道理也符合 PI调节器的参数整定。在本仿真过程的参数调整中，在比例系数比较小为0.25或0.56时，虽然系统响应的无超调，但是速度就很慢；在比例系数变大，而积分系数也比较大时， 系统出现超调， 但调整速度变大；在两系数都比较大时，系统的调整速度虽然很快，但是超调量大，稳定性差。在工程中，需要根据要求调整PI调节器的参数，是系统响应满足需要。二、带电流负反馈的转速反馈控制直流调速系统仿真采用以下结构实现电流截止负反馈环节中的二极管功能：当输入小于。时，输出为0;当输入大于0时，输出等于输入。根

7、据电机的额定参数:1 dcrIdb1又根据Idb1_ _ *_ _ _ _同时UN 10V ,仿真框图如下所示:WKDitfid* I图1.原理图IN 55A 。取1.3In 1.3*551.8*In 1.8*55*UnRU comU com可解得:Idcr*RsRs 0.364 ,G幅Tc Zck-71.599U com 26田,3SI9皿仿真框图运行仿真模型结果如下:图7电枢电流随时间变化的规律图8电机转速随时间变化的规律。结论图1,2与3,4将不带电流负反馈的模型与带电流负反馈的模型进行比较，我们看到，前后两个scopel中的曲线的最大值相差很大。第一个 scopel中最大值达到了 250左右，而第二个只有100左右。而前后两个scope中，曲线都在1000左右稳定，而第一个scope额是在0.1秒左右就开始进入稳态，而第二个是在0.2秒左右才开始进入稳态.图3,4可知，引入电流负反馈，可以解决转速反馈闭环调速系统起动时电流过大的问题, 而且这种作用只在起动时存在，在正常的稳速运行时又取消了，电流随着负荷的增减 而变化，只有当电流