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1、单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真学院：姓名：学号：时间：目录一、课题要求 .- 1 -1设计题目 .- 1 -2设计内容 .- 1 -3设计要求 .- 1 -4 . 控制对象参数 .- 1 -二、设计方案 .- 2 -1、概述 .- 2 -2、电压负反馈直流调速系统的原理.- 2 -三、参数计算 .- 3 -四、单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型.- 4 -1.单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型的建立.- 4 -2.开环带扰动无电压负反馈调速系统的仿真结果.- 5 -3.单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果.- 5 -4.单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果.- 6 -五、实

2、训心得： .- 8 -Matlab 仿真实训一、课题要求1设计题目5) 单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真2设计内容（ 1）设计系统各单元电路和主控电路；（ 2）分析并测定系统各环节的输入输出特性及其参数，调试各单元电路；（ 3）系统性能分析与程序设计；（ 4）系统校正，修正系统静、动态性能。3设计要求（ 1）初步掌握控制系统的分析和设计的基本方法。包括设计任务，进行计题目的方案论证。通过调查研究、设计计算，确定方案，写出总结报告。（ 2）培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。包括学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找答案。

3、（ 3）通过严格的科学训练和工程设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风， 并培养学生在实际工作中应具有的生产观点， 经济观点和全局观点4 . 控制对象参数直流调速系统的基本数据如下 : 晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统 , 直流电动机 :220V,136A,1460r/min, 电枢电阻 Ra=0.2, 允许过载倍数 =1.5; 电枢回路总电阻 :R=0.5 , 电枢回路总电感 :L= 15mH, 电动机轴上的总飞轮力矩 :GD2= 22.5N m2,晶闸管装置 : 放大系数 Ks=40,电流反馈系数 : =0.05V/A, 转 速 反 馈 系 数 : =0

4、.007Vmin/r, 滤 波 时 间 常- 1 -Matlab 仿真实训数 :Toi=0.002s ,Ton=0.01s。二、设计方案1、概述直流调速系统中最基本的形式是目前广泛应用的晶闸管直流调速系统，采用直流测速发电机作为转速检测元件，实现转速的闭环控制， 再加上一些积分与校正的方法，可以获得比较满意的静动态性能。然而，在实际应用中，其安装与维护都比较麻烦， 常常是系统安装中可靠性的薄弱环节。此时，可用电动机端电压负反馈取代转速负反馈， 构成电压负反馈调速系统。 但这种系统只能维持电动机端电压恒定，而对电动机电枢电压降引起的静态速降不能予以抑制，因此系统静特性较差，只适用于对精度要求不高

5、的调速系统。2、电压负反馈直流调速系统的原理电压负反馈直流调速系统的原理图如图2-1 所示，图中作为反馈检测元件的只是一个起分压作用的电位器。电压反馈信号为U uU d式中 Uu电压反馈信号（） ；电压反馈系数。图 2-1 电压负反馈直流调速系统的原理图这种系统对电动机电枢电阻 Ra 引起静态速降，电压负反馈不能对它起抑制作用，- 2 -Matlab 仿真实训故必须把主回路总电阻R 分成两部分 R=Rr+Ra，Rr 为晶闸管整流装置的内阻 （含平波电抗器电阻），因而有以下两个关系式：U d 0I d Rr U dU dI d RaE通过绘制结构图和利用叠加原理和结构图运算规则， 导出电压负反馈

6、直流调速系统的静特性方程如下：n KPKSUn*RrIdRa I dCe(1 K)Ce(1 K)Ce式中， K=kPKS。从静特性方程可见，与开环系统相比较，电压负反馈作用使整流装置内阻Rr 引起的静态速降减小到开环时的 1/（1+K）, 但由于电枢电阻引起的速降 I d Ra/Ce 和开环时相同， 这一点从结构图上也可以明显看出， 因为电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，扰动量 I dRa 不被反馈环包围，电压负反馈系统对由它引起的速降也就无法克服了。 这是电压负反馈系统调速性能指标差的一个重要原因，在电压负反馈调速系统中引入电流正反馈可提高系统的稳态性能指标。三、参数计算计算电力拖动

7、系统机电时间常数TmU NC e nNI N Ra带入数据得 C e0.132V min/ r ;C m30 C e 1.26 Nm / A;所以 TmGD 2R0.18s375CeCm17.575C e调节器参数计算：如果将电压反馈环校正为典I 系统，调节器选用积分调节器1 ，s由1 K SKW (s)1 S(TS1)s TS S和5%得 KT1 KSTS0.5- 3 -Matlab 仿真实训所以0.13617.35由于纯积分环节调节缓慢，所以考虑在此基础上采用比例积分调节器，且KP=1;电磁时间常数：l15 103Tl0.50.03R电压反馈系数5 (220 136 0.2) 0.026*

8、=5V）（Un四、单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型1. 单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型的建立图 4-1 单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型- 4 -Matlab 仿真实训2. 开环带扰动无电压负反馈调速系统的仿真结果图 4-2 开环带扰动转速波形（扰动在2s 后加上）由图可知，在电机启动 2s 后加入负载干扰，电机转速有原来的 1460r/min 下降到 1000r/min ，电机抗扰能力较差。3. 单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果（ 1）转速仿真波形- 5 -Matlab 仿真实训图 4-3 转速仿真波形4. 单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果（ 1）转速仿真波形图 4

9、-4 转速仿真波形由单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果和单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果可以看出，在加入扰动后转速下降到1255r/min ，与开环控制的系统相比较， 转速下降相对较小些， 这是因为电压负反馈作用使整流装置内阻 Rr 引起的静态速降减小到开环时的 1/（1+K），其中 K=kPKS。 这与开环相比较，电压负反馈的抗扰性能相对较好。（ 2）电枢电压 Ud 的仿真波形由仿真波形可以看出， 电机在启动过程中电压无超调，这样对设备保护有好处；电机在 2s 加上额定负载扰动后，电枢电压迅速上升到额定电压220v 左右，增强带载能力。- 6 -Matlab 仿真实训图 4-

10、5 电枢电压 Ud的仿真波形（ 3）电枢电流 Id 的仿真波形由仿真波形可以看出，电机在启动过程中，电枢电流Id从 0 迅速上升到246A，在电机启动结束进入稳态运行时，电流下降到很小，电流的超调，加快电机的启动；在2s 加上额定负载扰动，电机为克服扰动，使电流上升到额定电流136A。图 4-6 电枢电流 Id 的仿真波形- 7 -Matlab 仿真实训五、实训心得：这次的实训是基于我们学习交、直流调速系统运用 matlab 软件进行系统仿真。完成本次实训，我们大致分四步走，第一步，根据课题所给参数和各项指标计算并确定各项参数。 针对我的选题， 这一步我需要理解电压负反馈的原理， 需要掌握电压

11、负反馈系统的设计方法， 需要学习建立电动机和系统的动态模型。 接下来，主要是运用 matelab 仿真软件对系统所选参数进行初步的调试。 这一步我们要学习在 simulink 环境中建立仿真模型，同时学习调试参数和最终的仿真环节。第三步，在仿真成功的基础上，我们在protel软件中设计并绘制各环节的电路图。最后一步，对所设计的电路图进行原理分析。 在这四步中， 在 simulink 环境下建立模型相对较难， 这一次不是原来单一的建立成传递函数的形式， 我们会运用到选择合理的电路模型进行一些元器件的封装， 由于该软件版本的限制条件，我们用不同版本进行元器件组合时出现很多我们无法解决的问题， 这无

12、形当中增加了实训的难度。然而，我们在第一步时就遇到很多问题，最棘手的是电压负反馈的调节器应该如何选取， 如果使系统实现无静差， 那我们应该选用比例积分型调节器， 但是这里的积分时间常数我不知道如何选取， 根据什么选取， 等等一系列的问题。 面对这个问题，我与同学一起讨论过很多次， 尽管最终还是没有一个比较好的解释，但是在讨论中我们也收获了很多， 更加清晰了系统的工作原理， 为后面的设计做了很好的铺垫。尽管留给我们的实训时间只有一个周，但是在老师合理的安排和指导下，我们大致能完成系统的仿真，面对 matlab 软件版本带来的问题，感谢老师在实训中给予的讲解和各种帮助，这使我们又经历了一次互相探讨学习的机会。实训中，让我进一步学习如何使用MATLAB软件进行系统的仿真，更重要的是怎样建立系统的动态模型， 让我对所学过的知识有所巩固和提高，并且让我更加熟练地掌握了许多专业知识以及加强了自己的动手能力。 在整个过程中， 我学到了新知识， 增长了见识。 但在课设中我也遇到了很多困难， 不会对元器件进行选型，不会确定元件的参数， 经过同学的指导和自己的尝试终于能有所感悟。 在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、