运动控制(1)大作业-单闭环直流调速系统仿真 直流电机z4-132-1

1、 目目 录录 本科生课程论文本科生课程论文 . 错误错误!未定义书签。未定义书签。 一、仿真题目 2 单闭环直流调速系统仿真 2 二、仿真过程 2 2.1 仿真总图 . 2 2.2 PWM 模块 . 3 2.3 电机模块 . 3 2.4 仿真结果 . 4 三、心得体会 10 2 一、仿真题目 单闭环直流调速系统仿真 直流电动机：型号为 Z4-132-1，额定电压 400 N U V，额定电流 52.2 dN I A，额定转速为 2610 r/min，反电动势系数 e C=0.1459 Vmin/r，允许过载倍数 =1.5；PWM 变换器开关频率：8KHz，放大系数： s K=107.5；(538/5=107.5)，直 流母线电压为 538V。 电枢回路总电阻： 0.368R ； 时间常数：电枢回路电磁时间常数 l T=0.0144s，电力拖动系统机电时间常数 m T=0.18s；转速反馈系数0.00383min/Vs( N nV /10)； 对应额定转速时的给定电压VUn10 * 。 在 matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。其中 PWM 变换器利用给 出的 PW

2、M 控制器模块和 simulink/Powersystem 工具包中的功率封装模块搭 建，不能直接利用传递函数建模。比例积分调节器进行积分和输出限幅，输 出限幅值为+5 和-5。 给出采用比例调节器（ 7 p K ） 、比例积分调节器时（ 7 p K ，1 10 7 ）空载起动 到额定转速的转速波形， 并就稳态静差和动态性能进行对比， 分析说明原因。 给出采用比例积分调节器时（ 7 p K ，1 10 7 ）的转速、电流、电枢电压波形， 分析空载起动过程中电流过流原因，请给出解决过流问题的方法。 在 4s 突加 40%额定负载，给出仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输 出） ， 并加载过程中波形变化加以分析， 比较加载前后稳态转速， 说明原因。 二、仿真过程 2.1 仿真总图 3 图 1 仿真总图 2.2 PWM 模块 图 2 PWM 模块仿真图 PWM变换器利用给出的PWM控制器模块和simulink/Powersystem 工具包中 的功率封装模块搭建。 2.3 电机模块 图 3 比例积分控制的直流调速系统的仿真图 4 根据上图和已知数据确定参数，搭建仿真图如下： 图 4 电机模

3、块仿真图 2.4 仿真结果 （1）在在 matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。利用给出的仿真平台下搭建系统仿真模型。利用给出的 PWM 控控 制器模块和制器模块和 simulink/Powersystem 工具包中的功率封装模块搭建工具包中的功率封装模块搭建 PWM 变换器。变换器。 比例积分调节器进行积分和输出限幅，输出限幅值为比例积分调节器进行积分和输出限幅，输出限幅值为+5 和和-5。 图 5 输出限幅设置 （2）给出采用比例调节器（给出采用比例调节器（ 7 p K ） 、比例积分调节器时（） 、比例积分调节器时（ 7 p K ，1 10 7 ）空载起）空载起 动到额定转速的转速波形， 并就稳态静差和动态性能进行对比， 分析说明原因。动到额定转速的转速波形， 并就稳态静差和动态性能进行对比， 分析说明原因。 使用比例调节器时，只需将积分一路断开、负载置零即可。 5 下图展示了使用比例调节器时， 空载起动到额定转速的转速波形， 分别是 10s 时与 0.5s 时的波形。 图 6 比例调节时空载启动转速波形 下图展示了使用比例积分调节器时，空载起动到额定转速的转

4、速波形，分别 是 10s 时与 0.5s 时的波形。 图 7 比例积分调节时空载启动转速波形 6 将二者比较 表 1 比例与比例积分空载启动时稳态静差和动态性能进行对比 稳态转速 （r/min） 稳态静差 （r/min） 峰值时间 （s） 调整时间 （s） 超调量 （%） 比例 2480 130 0.253 0.320 1.2 比例积分 2610 0 0.264 - - 由图可知，稳定后转速 n=2610 r/min，等于额定转速，为无静差系统。这是 由于比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状， 而积分调节器的输出包含了 输入偏差量的全部历史，因此积分控制可以实现无静差调速。由上表可知，相较 于比例， 比例积分的稳态性能好， 动态性能稍差。 比例部分能迅速响应控制作用， 积分部分则最终消除稳态误差但会在一定程度上影响动态性能。 （3） 给出采用比例积分调节器时 （） 给出采用比例积分调节器时 （ 7 p K ，1 10 7 ） 的转速、 电流、 电枢电压波形，） 的转速、 电流、 电枢电压波形， 分析空载起动过程中电流过流原因，请给出解决过流问题的方法。分析空载起动过程中电流过流原因

5、，请给出解决过流问题的方法。 图 8 比例积分调节时空载启动电流、转速波形 7 图 9 比例积分调节时空载启动电枢电压波形 由上图可知，启动电流最大值超过 1000A。这是因为在转速反馈控制直流调 速系统上突加给定电压时，由于惯性的作用，转速不能立即建立起来，反馈电压 为零，相当于偏差电压Un=Un*，调节器的输出是 Kp*Un*。这时，由于放大器 和变换器的惯性都很小，电枢电压 Ud 立即达到它的最高值，对电动机来说，相 当于全压起动，所以会造成电动机过电流。 要解决过电流问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节，故可引入电流 截止负反馈，当电流大到一定程度时出现电流负反馈，使其不超过允许值。 （4）在）在 4s 突加突加 40%额定负载，给出仿真波形（包括转速、电流、转速调节器额定负载，给出仿真波形（包括转速、电流、转速调节器 输出） ，并加载过程中波形变化加以分析，比较加载前后稳态转速，说明原因。输出） ，并加载过程中波形变化加以分析，比较加载前后稳态转速，说明原因。 在 step(2)处加入负载扰动，4s 时作用，如下图： 8 图 10 负载扰动参数设置 图 11 转速、电流、

6、转速调节器输出（启动时） 9 图 12 转速、电流、转速调节器输出（扰动时） 在 4s 时加负载后电流波形出现一个波动，调整后电流增大，并且逐渐进入 一个新的稳态（有负载，不为零） ；同时转速也有一个波动，减小后进入新的转 速稳态； 转速调节器输出波形的波动显示了转速调节器起作用。 由于机械特性较 硬，加入负载扰动后，转速、电流、转速调节器的输出稍有变化，经过一个小的 波动后进入新的稳态。 10 三、心得体会 本次仿真作业是初学 Simulink 工具箱，碰到了一些问题并且已经解决。 1.数据类型不正确 初次仿真时产生 error：Input port 1 of untitled2/PWM/NOT is not connected. 原因在于直接使用逻辑非门，输入前数据类型为 double，输出后数据类型为 boolean，无法仿真，因此转换数据类型即可，如下图： 或者再添加两个非门 2.搭建完成仿真电路后，产生许多错误，无法运行，查阅资料后得知没有添加 powergui，powergui 可用于对搭建的模块进行统一以及协调以及对相应量的初始 化。 11 3.搭建电路时不可想当然，在自控原理中我们比较熟悉负反馈，常用相减的节点 来表示负反馈。此电路中的比例积分调节器是采用比例与积分调节器相加，因此 节点不应想当然使用减号。这样的错误还不容易被发现，导致仿真时花了许多不 必要的精力排查。 4.电路运行后，使用 repeating sequence 未能得到既定波形，查阅资料、修改仿真 步长都未能解决，最后使用一个三角波发生器和一个放大器代替。 我认为最让我有收获的是在设计过程中，加深了对转速闭环负反馈控制的理 解， 构建仿真图让我有了对系统框图有了更加深刻的理解。 在仿真中遇到的问题， 在很大程度上也培养了我动手解决问题的能力，非常具有实践意义。

《运动控制(1)大作业-单闭环直流调速系统仿真 直流电机z4-132-1》由会员小**分享，可在线阅读，更多相关《运动控制(1)大作业-单闭环直流调速系统仿真 直流电机z4-132-1》请在金锄头文库上搜索。