Matlab转速反馈单闭环直流调速系统仿真

MATLAB仿真技术报告1

题目：转速反馈单闭环直流调速系统仿真

直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为R=0.2，Tl=0.012，Tm=0.09，Ce=0.1。本次仿真采用算法为ode45，仿真时间2s。 1、开环仿真：

用Simulink实现上述直流电机模型，直流电压Ud0取420V，

0~1s，电机空载，即Id=0； 1s~2s，电机满载，即Id=150A。

(1) 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。 (2) 画出电枢绕组电流波形。

1.负载时的转速波形如上图，在Id的作用下。在一秒后，波形会有个明显的下降，这是因为在负的扰动下，

经过负反馈，导致转速下降，输出的转速波形如图

由图中标尺功能可得出，空载时转速n=4200rpm负载时转速ns=3900rpm。 由静差率公式s=

?????????

可知 s=

4200?3900

4200

=0.0714.

2.上图是电枢绕组电流波形，因为是有了电流Id扰动，在一秒后有了一个电流分量，如果在电流Id为零的

时候，电枢绕组电流的波形应该在电机平稳运转之后降为0，或者有一个极为细微的电流。从图中可以看出，电流在1s后不为零，这就是受到扰动阶跃信号影响的结果。

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4200rpm，

0~1s，电机空载，即Id=0； 1s~2s，电机满载，即Id=150A。

(1) 控制器为比例环节：比较不同kp值时的稳态转速。

(2)控制器为比例积分环节，设计恰当的kp和kI值，画出转速波形、电机端电压波形和电枢绕组电流波形，求出静差率、超调量。

(3) 分析(2)中电压和电流波形，解释为什么闭环系统动态响应优于开环系统。

1. Kp取不同的值时，有着不同的稳态转速，上左图Kp=1，稳态转速为3791rpm上右图

Kp=2，稳态转速为3988rpm。下左图Kp=5，稳态转速为，下右图Kp=10.稳态转速为。由此可见，在Kp值逐渐增加的过程中，稳态转速也在逐渐的增加。

2. 取Kp=0.1，KI =1.5。得出下图2波形，由标尺功能得到稳态转速为4200rpm，超调量为

0.505%。静差率s=0.000238，接近于0.

3.上图分别为流程图，转速波形，电机端电压波形，电枢绕组电流波形。相比于（2），有着更好的更稳定的波形，因为（3）多了一个比例微分环节和惯性环节，属于二阶负反馈调节，使得系统稳定性得到极大提高。并且电流及电压也得到较好的控制。

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