计算机仿真技术作业一 转速反馈单闭环直流调速系统仿真.doc

计算机仿真技术作业一
——转速反馈单闭环直流调速系统仿真
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一、直流电机模型
直流电机模型框图如下图所示,仿真参数为R=,Tl=,Tm=,Ce=。本次仿真采用算法为ode45,仿真时间5s。
图1 直流电机模型
二、开环仿真:
1、用Simulink实现上述直流电机模型,如下图所示:
图2
其中,直流电压Ud0取220V;而: 0~,电机空载(Id=0), ~5s,电机满载(Id=55A)。
2、输出转速n
示波器显示的波形如下:
图3
将数据导入Workspace 中,并利用plot()指令绘图如下:
图4
从图上读取相关数据:
图5
可知:
空载时的转速,负载时的转速。
故而,静差率为
。
3、改变仿真算法,观察效果(运算时间、精度等)
(1)改用定步长连续算法ode3,得到的转速波形如下:
图6
将仿真时间改为10s,波形如下:
图7
如此可见运用这个算法误差极大,不适用于本模型的仿真。
(2)改用变步长连续算法ode113,得到的转速波形如下:
图8
与图4比较,可见这个算法的精度与ode45相近。
三、闭环仿真:
在上述仿真基础上,添加转速闭环控制器,转速指令为1130rpm.
图9 转速闭环直流电机调速控制框图
1、用Simulink实现上述控制框图,如下图所示:
图10
子系统PI Controller内部结构如下:
图11
其中,积分器限幅为-1130~1130。
2、控制器为比例环节:试取不同值,画出转速波形,求稳态时n和s并进行比较。
(1)设定,,得到转速波形如下:
图12
如图可得,负载时的转速。
故而,静差率为
。
(2)设定,,得到转速波形如下:
图13
如图可得,负载时的转速。
故而,静差率为
。
(3)设定,,得到转速波形如下:
图14
如图可得,负载时的转速,
故而,静差率为
。
由上面的仿真结果可知,越大,静差率越小,稳定转速越接近于1130 rpm,系统抗扰动的能力越强。但是,必须指出的一点是:由于积分环节不起作用,这个系统是存在静差的。
3、控制器为比例积分环节,设计恰当的和值,并与其它不同的和值比较,画出不同控制参数下的转速波形,比较静差率、超调量、响应时间和抗扰性。
(1)设定,
为了控制器设计的方便,暂且将反电动势的反馈环忽略(这个忽略是合理