计算机仿真 转速反馈单闭环直流调速系统仿真结题报告 实验一..doc

Beijing 转速反馈单闭环直流调速系统仿真 结题报告 姓名：TYP 班级：电气0906 学号指导老师：牛利勇 完成日期：2012.4.22 一、开环仿真实验仿真 1、实验内容 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 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、实验步骤及数据 打开Matlab中的simulink模块，点击“新建”，即弹出仿真的对话框。将需要的模块拖动到新建的对话框中，再将它们搭建成如上图所示的系统，输入用常数模块（220）代替，Id的扰动用阶跃信号模块（step time选为2.5，initial value为0，final value为55，sample time为0）代替，输出波形用示波器模块显示，具体仿真模块如下图。 （1）将仿真步长改为5秒，点击“运行”按钮，双击示波器，即可显示系统仿真输出波形如下： （2）在Simulation中选择configuration parameters选项，在其中更改系统仿真算法。上一次仿真的算法为ode45，现在可更改为ode23，ode113，ode23s，ode15s等，每种仿真波形如下面几幅图： ode23算法仿真波形 ode113算法仿真波形 ode23s算法仿真波形 ode15s算法仿真波形 以上是对于系统不同算法的仿真波形。通过Matlab的scopedata可以读出，在加入Id=55之前，系统输出转速为n0=1142.9 n/min，在加入Id=55后，系统输出转速为n=971.5 n/min，转差率为s=（n0-n）/ n0=(1142.9-971.5)/1142.9=0.15。可能通过波形和转差率不能直观的看出它们之间的区别，他们之间的区别主要在于运算时间和仿真精度，具体每个算法及其他算法之间的区别如下表所示： 求解器 ODE类型 特点 说明 ode45 非刚性 一步算法；4，5阶Runge-Kutta方程；累计截断误差达(△x)3 大部分场合的自选算法 ode23 非刚性 一步算法；2，3阶Runge-Kutta方程；累计截断误差达(△x)3 使用于精度较低的情形 ode113 非刚性 多步法；Adams算法；高低精度均可到10-3～10-6 计算时间比ode45短 ode23t 适度刚性 采用梯形算法 适度刚性情形 ode15s 刚性 多步法；Gear’s反向数值微分；精度中等 若ode45失效时，可尝试使用 ode23s 刚性 一步法；2阶Rosebrock算法；低精度 当精度较低时，计算时间比ode15s短 ode23tb 刚性 梯形算法；低精度 当精度较低时，计算时间比ode15s短 二、闭环仿真实验仿真 1、实验内容 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、响应时间和抗扰性。 图2 转速闭环直流电机调速控制框图 2、实验步骤及数据 按照实验要求稍微更改一下仿真连线图，加入一个PID控制器，和一个反馈环，将输入常数改为1130，具体连线图如下图所示： （1）将PID调节器选为P模式，改变proportional参数，即可实现调节kp的功能。 改变kp大小，可得到不同的输出转速波形如下几幅图所示，其中kp为比例系数，ts为调整时间，Mp为最大峰值，n1为空载转速，n2为负载转速，s为转差率： ①kp=100，ts=0.1521，Mp=2087.8，n1=1127.8，n2=1127.5，s=0.0003。 ②kp=10，ts=0.2235，Mp=1776.3，n1=1108.7，n2=1105.4，s=0.003。 ③kp=5，ts=0.2144，Mp=1618.5，n1=1088.1，n2=1081.8，s=0.006。 ④kp=2，ts=0.2895，Mp=1357.