【正文】 ： 指導(dǎo)老師： 王利恒 實(shí)驗(yàn)名稱： 典型閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)字仿真及計(jì)算機(jī)解題 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1）熟悉典型 閉環(huán)的仿真過(guò)程 2）掌握 MATLAB 編程實(shí)現(xiàn)典型閉環(huán)環(huán)節(jié)仿真 3）利用典型閉環(huán)環(huán)節(jié)仿真程序解題。 三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 1)函數(shù)如下： function [yout,t]=my_step(num,den,fbp,t0,t1,h,r) num=r.*num。 [yout]=step(sys,time)。 den=[1,30,200,0]。) sys=tf(num,den) margin(sys) [mag,phase,w]=bode(sys)。current_loop39。 B． 額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng) 態(tài)數(shù)學(xué)模型 圖 1 給 出了額定勵(lì)磁下他勵(lì)直流電機(jī)的等效電路，其中電樞回路電阻 R 和電感L 包含整流裝置內(nèi)阻和平波電抗器電阻與電感在內(nèi)，規(guī)定的正方向如圖所示。把它們之間的放大系數(shù) Ks看成常數(shù)， 晶閘管觸發(fā)與整流裝置可 以看成是一個(gè)具有純滯后的放大環(huán)節(jié)，其滯后作用是由晶閘管裝置的 失控 時(shí)間引起的。 晶閘管裝置： 76sK? 。 反饋濾波時(shí)間常數(shù)： oiT =， onT =。 其中 Toi為 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) ， Ton為 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) 1/1lRTs ?mRTs1eC1ssKTs ?()A CRWs()A SRWsnU ? iU ? ctU 0dU dLI dI n___ _11oiTs ?1onTs??1oiTs??11onTs ?電 流 環(huán)圖 5 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 （ 1） 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 對(duì)于電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)，電流環(huán)通常 按典型 Ⅰ 型系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì) 。 轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益 nN n e mKRK CT???? （ 14） 按照典型 Ⅱ 型系統(tǒng)的參數(shù)選擇方法， nnhT? ?? ，（ 2n i onT T T????） （ 15） 2212N nhK hT??? （ 16） 考慮到式（ 14）和（ 15），得到 ASR 的比例系數(shù) ( 1)2 emnnh C TK h RT????? （ 17） 一般以選擇 h=5 為好所以 ： 5nnT? ??? ，2650N nK T?? ? （ 18） 經(jīng)過(guò)如上設(shè)計(jì) ,得到的 雙閉環(huán)控制 系統(tǒng)從理論上講有如下動(dòng)態(tài)性能：電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 6 過(guò)程中電流的超調(diào)量為 %，轉(zhuǎn)速的超調(diào)量為 %。 b， 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 電流調(diào)節(jié)器選擇 PI 型，其傳遞函數(shù)為 1()iACR iisW s K s?? ?? （ 19） c， 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù) ACR 超前時(shí)間常數(shù)： ? ?? 。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。 圖 10 smulink 界面 ②系統(tǒng)設(shè)置 選擇 smulink 界面左上角的白色圖標(biāo)既建立了一個(gè)新的 simulink 模型，系統(tǒng)地仿真與驗(yàn)證將在這個(gè)新模型中完成，可以看到在 simulink 目錄下還有很多的子目錄，里面有許多我們這個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)中要用的模塊，這里不再一一介紹，自介紹最重要的傳 11 遞函數(shù)模塊的設(shè)置，其他所需模塊參數(shù)的攝制過(guò)程與之類似。如圖 12。 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 505001000150020xx25003000理論設(shè)計(jì)條件下輸出轉(zhuǎn)速曲線t/sn/r/min轉(zhuǎn)速 圖 13 理論設(shè)計(jì)條件下輸出轉(zhuǎn)速曲線 從圖 13 中可以清楚地看出，輸出轉(zhuǎn)速 有 很大的超調(diào)，最大可達(dá) %，調(diào)整時(shí)間達(dá) 之久，這是 我們所 不能接受的。因而轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)一定有超調(diào)，只是在轉(zhuǎn)速超調(diào)后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退出飽和，才真正發(fā)揮線性調(diào)節(jié)的作用。 13 所以，我們對(duì) ACR 和 ASR 的參數(shù)進(jìn)行整定，特別是速度控制器的參數(shù)。 圖 15 simulink 參數(shù)選擇 Simulink 默認(rèn)的仿真時(shí)間是 10 秒，但是在進(jìn)行實(shí)際的仿真時(shí)可能需要更長(zhǎng)的時(shí) 14 間，可以在模型編輯窗中執(zhí)行 “Simulink”/“Simulink Parameters”菜單命令，或者按下快捷鍵 “Ctrl+E”，打開(kāi) Simulink 仿真參數(shù)配置對(duì)話框，如圖 16 所示： 圖 16 仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框 a， “Simulink time”選項(xiàng)區(qū)域 在 “Simulink time”選項(xiàng)區(qū)域中通過(guò)設(shè)定 “Start time（仿真開(kāi)始時(shí)間） ”和 “Stop time（仿真結(jié)束時(shí)間） ”2個(gè)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真時(shí)間的設(shè)定。每個(gè)狀態(tài)的誤差限有著兩個(gè)參數(shù)和狀態(tài)本身共同決定。 當(dāng)模型中沒(méi)有連續(xù)狀態(tài)時(shí)， Simulink 則默認(rèn)使用 discrete 解法，這是針對(duì)無(wú)連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)特殊解法。此外，用戶還可以選擇 Auto 模式，此時(shí) Simulink 會(huì)根據(jù)模型中各模塊速率是否一致決定使用 SingleTasking 模式工作還是 MultiTasking 模式工作。這些問(wèn)題比較復(fù)雜，涉及的因素也比較多，而且直接影響到數(shù)值解 的精 度、速度和可靠性。當(dāng)步長(zhǎng) h 取定時(shí)，算法階次越高，截?cái)嗾`差越?。划?dāng)算法階次取定后，多不法 精度比單步法高，隱式精度比顯式 的 高。 b， 計(jì)算速度 計(jì)算速度主要取決于每步積分所花費(fèi)的時(shí)間及積分的總次數(shù)，每步計(jì)算量同具體的積分方法有關(guān)。 電流環(huán)跟隨性能仿真 實(shí)驗(yàn) 如上文所述 ： 電流環(huán)的 作用就是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值， 在突加控制作用時(shí)不希望有超調(diào)，或者超調(diào)量越小越好。 [num,den]=linmod(39。； ∏穿越頻率ωg=（ ） = 圖 18電流環(huán)的 bode 圖 圖 19電流環(huán)的 nyquist 圖 19 圖 20 電流環(huán)的單位階躍響應(yīng) 20 21 Transfer function: s^3 + s^2 + s + s^5 + 1043 s^4 + s^3 + s^2 + s + gm = 22 pm = wcg = wcp = 從圖 18與 19種可以看出我們?cè)O(shè)計(jì)的電流環(huán)控制器是正確的，電流環(huán)是穩(wěn)定的，根據(jù) 剪切頻率就可以看出電流的響應(yīng)很快，即跟隨性很好。 24 圖 21 ASR 的輸出特性 圖 22 ACR 的輸出特性 圖 23 電動(dòng)機(jī)電流特性 （ 2） 仿真結(jié)果分析 由圖 2 2 23 可見(jiàn)，系統(tǒng)地工作過(guò)程可概括為如下幾 點(diǎn)： （ 1） ASR 從起動(dòng)到穩(wěn)速運(yùn)行的過(guò)程中經(jīng)歷了兩個(gè)狀態(tài)，即飽和限幅輸出與線性調(diào)節(jié)狀態(tài)； （ 2） ACR 從起動(dòng)到穩(wěn)速運(yùn)行的過(guò)程中制工作在一種狀態(tài)，即線性調(diào)節(jié)狀態(tài)； （ 3）該系統(tǒng)對(duì)于起動(dòng)特性來(lái)說(shuō)，已達(dá)到預(yù)期目的； （ 4）對(duì)于系統(tǒng)性能指標(biāo)來(lái)說(shuō)，起動(dòng)過(guò)程中電流的超調(diào)量為 %，轉(zhuǎn)速的超調(diào)量為 %。 一般情況 下，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的干擾主要是負(fù)載突變與電網(wǎng)電壓波動(dòng)兩種。在 ΔU=100V 的情況下，系統(tǒng)速降僅為 9r/min，恢復(fù)時(shí)間為