廣東工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料與能源學(xué)院高分子材料與工程專業(yè)3班成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué)號(hào)：3109007045姓名：黃野教師簽名實(shí)驗(yàn)題目：轉(zhuǎn)速反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1.了解直流電機(jī)模型2.掌握轉(zhuǎn)速負(fù)反饋速系統(tǒng)的靜特性方程3.學(xué)會(huì)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和相關(guān)公式推導(dǎo)二．實(shí)驗(yàn)方案直流電機(jī)模型框圖如下圖所示，仿真參數(shù)為R=0.6，Tl=0.00833，Tm=0.045，Ce=0.1925。本次仿真采用算法為ode45，仿真時(shí)間5s。圖1直流電機(jī)模型2、閉環(huán)仿真：在上述仿真基礎(chǔ)上，添加轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制器，轉(zhuǎn)速指令為1130rpm，0~2.5s，電機(jī)空載，即Id=0；2.5s~5s，電機(jī)滿載，即Id=55A。(1)控制器為比例環(huán)節(jié)：試取不同kp值，畫出轉(zhuǎn)速波形，求穩(wěn)態(tài)時(shí)n和s并進(jìn)行比較。若kp=1空載時(shí)的轉(zhuǎn)速n1=948r/min負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速n2=920r/min靜差率s=（948-920）/948=2.95%若kp=2空載時(shí)的轉(zhuǎn)速n1=1031r/min負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速n2=1016r/min靜差率s=（1031-1016）/1031=1.45%(2)控制器為比例積分環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)膋p和kI值，并與其它不同的kp和kI值比較，畫出不同控制參數(shù)下的轉(zhuǎn)速波形，比較靜差率、超調(diào)量、響應(yīng)時(shí)間和抗擾性。圖2轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速控制框圖待校正的系統(tǒng)傳遞函數(shù)：若采用PI控制器，其參數(shù)的選?。害?4T0=0.03332sT=8K0T02=0.064s所以超調(diào)量σ%=（1290-1130）/1130=14.16%響應(yīng)時(shí)間約為：0.17s靜差率s=（1130-1128）/1128=0.18%若將PI控制器改為：超調(diào)量σ%=（1222.5-1130）/1130=8.18%響應(yīng)時(shí)間約為：0.55s靜差率s=（1130-1127）/1127=0.18%將波形放大后發(fā)現(xiàn)第二種比例積分控制器的抗擾性差于第一種。3、分析結(jié)合《自動(dòng)控制系統(tǒng)》相關(guān)知識(shí)，對(duì)上述結(jié)果進(jìn)分析。以上仿真采用的是串聯(lián)綜合法校正。有比例調(diào)節(jié)和比例積分調(diào)節(jié)。由以上的仿真結(jié)果分析：對(duì)于轉(zhuǎn)速反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，僅采用比例調(diào)節(jié)的效果不佳，轉(zhuǎn)差率較大，約達(dá)到15%，抗干擾性也較差。若加入比例積分調(diào)節(jié)器，就有比較的調(diào)節(jié)效果，雖然有一定的超調(diào)量，但是轉(zhuǎn)差率很小，抗干擾性也較好，調(diào)節(jié)時(shí)間也很短，如第二題中的第一種比例積分調(diào)節(jié)器。1系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，（1）每上環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系在工作點(diǎn)附近作線性近似；（2）系統(tǒng)工作在V-M系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的連續(xù)段；（3）忽略直流電源和電位器的內(nèi)阻。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：測(cè)速發(fā)電機(jī)：

V-M系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性：晶閘管變流器與觸發(fā)裝置：放大器：電壓比較環(huán)節(jié)：綜上各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系式，可以畫出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖（2）（a）所示，圖中方塊中的符號(hào)是相應(yīng)環(huán)節(jié)的放大系數(shù)，或稱傳遞系數(shù)。對(duì)應(yīng)于開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖（2）（b）所示。2系統(tǒng)靜特性方程，從閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系式中消去中間變量，可得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)靜特性方程式（1）此處是圖（2）（a）（b）式中

（2）。式（1）表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或電磁轉(zhuǎn)矩）的靜態(tài)關(guān)系，稱為調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，它和開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性類似，但概念上卻有本質(zhì)的不同。式（2）表示閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，它相當(dāng)于在測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出端把反饋回路斷開，從放大器的輸入一直到測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出所包含的各個(gè)環(huán)節(jié)的放大系數(shù)的乘積，是電動(dòng)機(jī)的放大系數(shù)（=）。由穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖方知，為系統(tǒng)參考輸入量，R系統(tǒng)的擾動(dòng)輸入量，它們分別作用于系統(tǒng)，求出系統(tǒng)的輸出量。由于認(rèn)為系統(tǒng)是線性的，將系統(tǒng)的輸出量進(jìn)行疊加，也可以得到式（1）的系統(tǒng)靜特性方程式。3轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（1）在相同（2）負(fù)載條件下，閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落和開環(huán)降落相比，減少了（1+K）倍，即由得（3）。在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，變流器輸出電壓保持不變，轉(zhuǎn)速降低，電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)減少，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩增大，使系統(tǒng)在新的較低的轉(zhuǎn)速上運(yùn)行。在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，變流器輸出電壓會(huì)隨之增大，系統(tǒng)工作在新的機(jī)械特性上，轉(zhuǎn)速降落較少，三．實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)處理由上述方案可確定系統(tǒng)穩(wěn)定條件進(jìn)而可寫出閉環(huán)調(diào)系統(tǒng)的特征方程式為（5）它的一般表達(dá)式為：根據(jù)勞斯——古爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)，可求出系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為a>0,a>0,a>0,a式5的各項(xiàng)系數(shù)顯然都是大于零的，因此系統(tǒng)穩(wěn)定條件為或?yàn)?T整理后得K<（6）以上為理論分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果過程，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中可根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理從而與理論分析相比較。四．結(jié)論對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來說，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋是閉環(huán)系統(tǒng)的基本反饋形式。只有在充分掌握轉(zhuǎn)速負(fù)反饋速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上才可以更好的了解調(diào)速系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的成立必須滿足假定的三個(gè)條件，當(dāng)中各個(gè)關(guān)系是的推導(dǎo)都要熟悉。對(duì)于調(diào)節(jié)器指標(biāo)要求不高的系統(tǒng)來說，可以采用電機(jī)端電壓負(fù)反饋的方法來替代測(cè)速發(fā)電機(jī)的速度反饋方法，從而使系統(tǒng)加以簡(jiǎn)化。從靜特性方程式上可以看出，電壓負(fù)反饋環(huán)把被反饋環(huán)包圍的變流器內(nèi)阻等引起的穩(wěn)態(tài)速降減倍，而由電樞電阻引起的速降仍和開環(huán)系統(tǒng)一樣，因?yàn)閿_動(dòng)量處在電壓負(fù)反饋環(huán)外，系統(tǒng)對(duì)它引起的轉(zhuǎn)速降落無抑制作用，同樣，對(duì)于電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁變化所造成擾動(dòng)，電壓負(fù)反饋電壓負(fù)反饋也無法無法克服，因此，電壓負(fù)反饋調(diào)速成系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降比同等放大系數(shù)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)要大些，即穩(wěn)態(tài)性能要差一些。五．問題與討論1在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，變流器輸出電壓保持不變，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生什么變化？答：系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降低，電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)減少，電動(dòng)機(jī)