轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真n(s)IdL(s)-1CeRTm s1RTl s+1KsTs s+1+Un*(s)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)仿真框圖及參數(shù)Kp-+1sa圖一 比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖圖一中是轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖，由框圖中可以看出:1、該系統(tǒng)是采用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)的，PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)如下式所示：WPIs=Kps+1s=Kp+1s其中，Kp是比例系數(shù)，積分系數(shù) Ki = 1。2、該系統(tǒng)采用的是單閉環(huán)系統(tǒng)，通過把轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)量，檢測(cè)誤差，糾正誤差，有效地抑制直至消除擾動(dòng)造成的影響。各環(huán)節(jié)參數(shù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：額定電壓UN = 220V，額定電流IdN=55A ，額定轉(zhuǎn)速nN=1000rmin ,電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.192Vminr 。假定晶閘管整流裝置輸出電流可逆，裝置的放大系數(shù)Ks=44 ，滯后時(shí)間常數(shù)Ts=0.00167s。電樞回路總電阻R = 1.0W，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.00167s ，電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.075s 。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a = 0.01Vminr 。對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓Un*=10V 。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真1. 仿真模型的建立進(jìn)入MATLAB，并打開SIMULINK模塊瀏覽器窗口，建立一個(gè)新的模型，并復(fù)制入相應(yīng)模塊，修改模塊的參數(shù)，其中PI調(diào)節(jié)器的至?xí)憾镵p=0.56 ，1/t = 11.43。最后對(duì)照著圖一中的系統(tǒng)框圖連接模塊，所得模型如圖二所示：圖二 比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型2. 仿真模型的運(yùn)行啟動(dòng)仿真過程，得到的仿真結(jié)果如圖三，圖四所示： 圖三 scope輸出結(jié)果圖四 scope1輸出結(jié)果其中，由圖三scope輸出結(jié)果中可以得出該控制系統(tǒng)的最大超調(diào)量Mp、上升時(shí)間tr 、調(diào)整時(shí)間ts，取值分別為：Mp = 108r/min, tr = 0.12s, ts = 0.28s（估計(jì)值）3. PI調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)整改變PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，并在啟動(dòng)仿真，分別從仿真曲線中得到的最大超調(diào)量及調(diào)整時(shí)間，相互間進(jìn)行比較，如下表所示比例系數(shù)Kp積分系數(shù) Ki最大超調(diào)量Mp(r/min)調(diào)整時(shí)間ts(s)0.25300.60.56300.60.5611.431080.280.811.43630.280.8151520.23由表中可以看出，改變PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，可以得到轉(zhuǎn)速響應(yīng)的超調(diào)量不一樣、調(diào)節(jié)時(shí)間不一樣的響應(yīng)曲線。如圖五、六所示分別為調(diào)節(jié)器參數(shù)為Kp=0.25， Ki=3的系統(tǒng)轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)和Kp=0.8， Ki=15時(shí)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線。圖五 參數(shù)為 Kp=0.25， Ki=3的響應(yīng)曲線，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)無(wú)超調(diào)，但響應(yīng)的調(diào)整時(shí)間很長(zhǎng)。圖六 參數(shù) Kp=0.8， Ki=15的響應(yīng)曲線，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)的超調(diào)很大，但調(diào)整時(shí)間短，快速性好。PID參數(shù)的整定就是合理的選擇PID三參數(shù)。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度，超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面考慮問題，三參數(shù)的作用如下：1、比例參數(shù)Kp的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。隨著Kp的增大系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但是系統(tǒng)易產(chǎn)生超調(diào)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。Kp取值過小，調(diào)節(jié)精度降低，響應(yīng)速度變慢，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，使系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能變壞。2、積分作用參數(shù) Ki的一個(gè)最主要作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 Ki越大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除的越快，但 Ki也不能過大，否則在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象。若 Ki過小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差將難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。3、微分作用參數(shù)Kd的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，其主要作用是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。但Kd不能過大，否則會(huì)使響應(yīng)過程提前制動(dòng)，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，并且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能?？傊琍ID參數(shù)的整定必須考慮在不同時(shí)刻三個(gè)參數(shù)的作用以及相互之間的互聯(lián)關(guān)系，該道理也符合PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。在本仿真過程的參數(shù)調(diào)整中，在比例系數(shù)比較小為0.25或0.56時(shí)，雖然系統(tǒng)響應(yīng)的無(wú)超調(diào)，但是速度就很慢；在比例系數(shù)變大，而積分系數(shù)也比較大時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)，但調(diào)整速度變大；在兩系數(shù)都比較大時(shí)，系統(tǒng)的調(diào)整速度雖然很快，但是超調(diào)量大，穩(wěn)定性差。在工程中，需要根據(jù)要求調(diào)整PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，是系統(tǒng)響應(yīng)滿足需要。總結(jié)在這次仿真過程中，我參照了電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課本中的例題，在理解的基礎(chǔ)上做了少量的調(diào)整。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用的是一個(gè)單閉環(huán)的PI調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器中的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù) Ki其關(guān)鍵作用，它們影響著響應(yīng)曲線的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性