交大计算机仿真第一次作业-(转速反馈单闭环直流调速系统仿真).docx

PAGE21 / NUMPAGES21 研究题目：转速反馈单闭环直流调速系统仿真 一、实验要求： 直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为R=0.6，Tl=0.00833，Tm=0.045，Ce=0.1925。本次仿真采用算法为ode45，仿真时间5s。 图1 直流电机模型 1、开环仿真： 用simulink实现上述直流电机模型，直流电压Ud0取220V， 0~2.5s，电机空载，即Id=0； 2.5s~5s，电机满载，即Id=55A。 画出转速n的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n以及静差率s。改变仿真算法，观察效果（运算时间、精度等）。 2、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， 0~2.5s，电机空载，即Id=0； 2.5s~5s，电机满载，即Id=55A。 (1)控制器为比例环节：试取不同kp值，画出转速波形，求稳态时n和s并进行比较。 (2)控制器为比例积分环节，设计恰当的kp和kI值，并与其它不同的kp和kI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、响应时间和抗干扰性。 图2 转速闭环直流电机调速控制框图 二、实验内容 1、开环仿真： （1）模型搭建及仿真器设置 按照下图建立电机的simulink模型，将直流电压Ud0 设置为常数，并把其幅值设置为220。把其它相应的环节也设置好。把Id设置为“阶跃信号”，且在0~2.5s之间其幅值为0，而2.5~5s之间其幅值为55。并对系统中其它参数进行设置。为了观察输出地波形，在输出处接上一个示波器。Id的设置及其波形如下所示。 对仿真模式进行设置，系统默认的仿真算法为ode45,只需要把仿真时间设置为5s即可。 图3- Id参数设置及其波形 （2）、针对不同仿真算法进行仿真分析 系统默认的仿真算法为ode45。 静差率(转速变化率)是指电动机在一定转速下运行时，负载由理想空载变到满载时所产生的转速降落与理想空载转速之比值。应该以最小的空载速率为准。这样的静差率才是有效的。 静态率越小，稳定性越高。只有设法减小静态速降ΔnN才能扩大调速范围，减小静差率，提高转速的稳定度。 ode45 由上所示电机转速仿真图可以看出，0~2.5s，电机空载， 2.5s~5s，电机满载， 空载时转速为 1142.84r/min ，负载时转速为 971.4 r/min。 系统默认的仿真算法为ode45，使用simulink中 Profile Report: Summary来观察系统仿真时间，Total recorded time: 0.39s。 图4-运算时间显示 静差率(转速变化率)是指电动机在一定转速下运行时，负载由理想空载变到满载时所产生的转速降落与理想空载转速之比值。静态率越小，稳定性越高。只有设法减小静态速降Δn 才能扩大调速范围，减小静差率，提高转速的稳定度。 如图可以观察到空载时转速为 1142.84r/min ，负载时转速为 971.4 r/min。 　　Sn=△n/n0 　　△n = n0－n 　　△n 为加载后速降 　　n0为理想空载转速 　 n为现在的转速 s=n0-nn0×100%=1142.84-971.41142.84×100%=15.0% 可见此时调速系统静差率较大，系统稳定性不够好。 ode45是基于显式Rung-Kutla (4,5) 和Dormand- Prince 组合的算法，它是一种一步解法，即只要知道前一时间点的解y(tn-1)，就可以立即计算当前时间点的方程解y (tn)。对大多数仿真模型来说，首先使用ode45 来解算模型是最佳的选择，所以在SIMULINK 的算法选择中将ode45 设为默认的算法。 ode23 Total recorded time: 0.36s，运算时间比ode45小。 ode23 (Bogacki-Shampine)是基于显式Rung-Kutta (2 , 3) 、Bogacki 和Shampine 相结合的算法，它也是一种一步算法。在容许误差和计算略带刚性的问题方面，该算法比ode45 要好。 更换算法后，静差率基本没有变化，但ode23与ode45比系统震荡变大， 且ode23的计算精度不太高，所以ode23一般用于计算精度不太高的场合。 ode113 Simulink Profile Report: Summary，Total recorded time: 0.41?s odel13是可变阶数的Adams-Bash forth-Moulton PECE 算法，在误差要求很严时，odel13 算法较ode45 更适合。odel13 是一