直流電機模型框圖如下圖所示，仿真參數(shù)為R=0.6，Tl=0.00833，Tm=0.045，Ce=0.1925。本次仿真采用算法為ode45，仿真時間5s。

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圖1 直流電機模型

1、開環(huán)仿真：

用simulink實現(xiàn)上述直流電機模型，直流電壓Ud0取220V，

0~2.5s，電機空載，即Id=0；

2.5s~5s，電機滿載，即Id=55A。

畫出轉(zhuǎn)速n的波形，根據(jù)仿真結(jié)果求出空載和負載時的轉(zhuǎn)速n以及靜差率s。改變仿真算法，觀察效果（運算時間、精度等）。

??? 仿真模型圖為：

?

???? 示波器所示轉(zhuǎn)速波形為：

?

讀圖知：空載時轉(zhuǎn)速n=1143r/min，負載時轉(zhuǎn)速n=971r/min，靜差率s=15.048%

? ????改變仿真算法：

????? ①ode23???????????????????????? ②ode113

?

????? ③ode15s??????????????????????? ④ode23s

???

????? ⑤ode23t????????? ??????????????⑥ode23tb

??

改變仿真算法，轉(zhuǎn)速波形基本沒有發(fā)生變化。

2、閉環(huán)仿真：

???? 在上述仿真基礎(chǔ)上，添加轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制器，轉(zhuǎn)速指令為1130rpm，

0~2.5s，電機空載，即Id=0；

2.5s~5s，電機滿載，即Id=55A。

?

圖2 轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流電機調(diào)速控制框圖

控制器為比例環(huán)節(jié)：試取不同kp值，畫出轉(zhuǎn)速波形，求穩(wěn)態(tài)時n和s并進行比較。

仿真模型圖為：

?

示波器所示轉(zhuǎn)速波形為：

?? ①Kp=0.5

?

?? 空載轉(zhuǎn)速n=816r/min，穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速n=768r/min，靜差率s=5.88%

?? ②Kp=1

?

????? 空載轉(zhuǎn)速n=948r/min，穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速n=920r/min，靜差率s=2.95%

??

?(2)控制器為比例積分環(huán)節(jié)，設(shè)計恰當?shù)膋p和kI值，并與其它不同的kp和kI值比較，畫出不同控制參數(shù)下的轉(zhuǎn)速波形，比較靜差率、超調(diào)量、響應(yīng)時間和抗擾性。

??? 仿真模型圖為：

??? 示波器所示轉(zhuǎn)速波形為：

?? ① Kp=1，Ki=1

?

????? 在仿真時間內(nèi)并未達到穩(wěn)定狀態(tài)，有超調(diào)量

????? ② Kp=1，Ki=5

?

空載轉(zhuǎn)速n=1130r/min，穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速n=1130r/min，靜差率s=0，超調(diào)量=3.54%

閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。而轉(zhuǎn)速降落正是由負載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能大大減少轉(zhuǎn)速降落。

（1）控制器為比例環(huán)節(jié)時

由實驗波形可知，Kp值越大，穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速n就越大，超調(diào)量也越大，靜差率s則越小。靜差率s反映的是閉環(huán)反饋效果，s越小，閉環(huán)反饋效果則越好，即Kp值越大，閉環(huán)反饋效果則越好。在實際中，我們希望得到的是超調(diào)量小（即希望Kp小）和閉環(huán)反饋效果好（即希望Kp大）的系統(tǒng)，但是這二者卻是相互矛盾的，我們只能從中選取一組最優(yōu)平衡值，使得在較小超調(diào)量和較好反饋控制下系統(tǒng)能夠最大限度的最好工作。

（2）控制器為比例積分環(huán)節(jié)時

超調(diào)量和響應(yīng)時間受Kp、Ki共同控制，在相同Kp下，Ki越大，上升速度越快，響應(yīng)時間越短，超調(diào)量越大；在相同Ki下， Kp越大，上升速度越快，響應(yīng)時間越短，超調(diào)量越大。即Kp*Ki的值越大，上升速度越快，響應(yīng)時間越短，但是超調(diào)量越大（Kp小于1時無超調(diào)量）。

靜差率在仿真時間內(nèi)為0，即實現(xiàn)了無靜差調(diào)速系統(tǒng)。

當Kp取一定值時，Ki的值在增大到一定程度時，會產(chǎn)生振蕩發(fā)散現(xiàn)象。

比較開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)知，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)受到外界的干擾信號影響較閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)大；閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率比開環(huán)系統(tǒng)的小，且?guī)П壤糯笃鞯姆答伩刂崎]環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，而采用比例積分調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)則基本上實現(xiàn)了無靜差調(diào)速，閉環(huán)反饋效果較好。

D17

總結(jié)

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