转速反馈控制直流调速系统的仿真实验报告

实验1 转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真

一、实验目的

加深对它励式直流电机工作原理的理解，学会使用仿真软件MATLAB中的SIMULINK模块，搭建三相桥式可控整流电路模型和三相桥式驱动电路——6脉冲驱动发生器，并且将其与直流电机的双闭环控制相结合，并利用仿真模型，分析在直流电机开环时的仿真波形，以及在双闭环的原理和在此控制下的相关波形。

二、实验系统组成及工作原理

ASRACRMTGTAdU*iUiU转速调节器电流调节器LnU*nUCU

转速电流双波换控制直流系统的原理电路

三、实验所需软、硬件设备及仪器

（1）计算机（装有windows XP以上操作系统）；

（2）MATLAB 6.1版本以上软件；

四、实验内容

直流电机的转速电流双闭环控制，电源的相电压为220V的三相交流，励磁绕组电压为220V的直流。首先观测直流电机在开环控制，空载下的转速，电枢电流，励磁电流以及转矩的波形，其次在空载下，加上双闭环控制电路，控制三相整流桥的触发角，从而达到调整励磁电流的目的，直至电机稳定工作，得到相关波形，最后给电机加载，观察波形的变化。

（1）开环控制（30°）

（2）双闭环控制（由控制器的输出得到）

（3）加载时，双闭环控制下的波形

五、步骤及方法 六、课后思考与总结

（1）撰写仿真实验报告；

（2）采用双闭环控制的目的；

（3）在转速、电流双闭环直流调速系统中，如要改变电动机的转速，通常可以调节哪些参数？

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-- 比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真

一、实验目的

1.熟练使用MATLＡB下的SIＭULIＮK仿真软件。

2．通过改变比例系数𝐾𝑃以及积分时间常数τ的值来研究𝐾𝑃和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。

二、实验内容

1.调节器的工程设计

2.仿真模型建立

3．系统仿真分析

三、实验要求

建立仿真模型,对参数进行调整,从示波器观察仿真曲线,对比分析参数变化对系统稳定性,快速性等的影响。

四、实验原理

图4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图

调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标，如果既要提高调速范围,又要降低静差率,唯一的方法采用反馈控制技术,构成转速闭环的控制系统。转速闭环控制可以减小转速降落,降低静差率，扩大调速范围。在直流调速系统中，将转速作为反馈量引进系统，与给定量进行比较,用比较后的偏差值进行系统控制，可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。

当t=0时突加输入𝑈in时,由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到𝑈ex(𝑡)=𝐾𝑃𝑈in,实现了快速响应;随后𝑈ex(𝑡)按积分规律增长，𝑈ex(𝑡)=𝐾𝑃𝑈in+(𝑡/τ)𝑈in。在𝑡=𝑡1时，输入突降为０，𝑈in＝0,𝑈ex(𝑡)=(𝑡1/τ)𝑈in,使电力电子变换器的稳态输出电压足以克服负载电流压降，实现稳态转速无静差。

五、实验各环节的参数及𝐊𝐏和1/τ的参数的确定

5．1各环节的参数: +

𝑈d

_

+

𝑈tg

-

A

UPE

TG M 𝑈n∗ ∆𝑈n 𝑈c

𝑈n ~

+

_

- + +

_

+

_ 𝑈in +

_ --

-- 直流电动机:额定电压𝑈N=220V,额定电流𝐼dN=5５A，额定转速𝑛N=1000r/miｎ,电动机电动势系数𝐶e＝0.1９2V • ｍin/r。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数𝐾s＝４４,滞后时间常数𝑇s=0．00167ｓ。

精品文档

精品文档 实验一 转速负反馈直流调速系统

一、实验目的

(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。

(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。

二、实验所需挂件及附件

序号 型 号 备 注

1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。

2 DJK02 晶闸管主电路

3 DJK02-1三相晶闸管触发电路 该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”，“反桥功放” 等几个模块。

4 DJK04 电机调速控制实验 I 该挂件包含“给定”，“电流调节器”，“速度变换”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。

5 DJK08可调电阻、电容箱

6 DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表 或者“DD03-3电机导轨﹑光码盘测速系统及数显转速表”

7 DJ13-1 直流发电机

8 DJ15 直流并励电动机

9 D42 三相可调电阻

10 慢扫描示波器 自备 精品文档

精品文档 11 万用表 自备

三、实验线路及原理

为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。

在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压UCt，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。

实验项目二：转速单闭环直流调速系统实验

实验日期：2020年5月25日

一、实验目的

(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般仿真调试过程。

(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。

二、实验原理

在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到电流调节器的输入端，与给定的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压Uct，控制整流桥的触发电路，改变三相全控整流的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电流调.节器的输出限幅所决定。电流调节器若采用P调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI调节。当给定恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。

三、实验内容

(1)单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真。

(2)单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真。

四、实验所需仪器

安装Matlab仿真软件的PC机

五、实验步骤 单闭环有静差转速负反馈调速系统的结构图：

图2.1

单闭环无静差转速负反馈调速系统的结构图：

图2.2

六、实验结果

单闭环有静差转速负反馈调速系统的仿真图： 图2.3

单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真图：

（1）变负载：

图2.4

（2）变电压： ①5V:

图2.5

②8V：

图2.6

③10V： 图2.7

七、实验小结

转速闭环调速系统是一种最简单的反馈控制系统，具有反馈控制的基本规律，它应用的比例调节器是一种有静差的控制系统，开环放大系数K对闭环系统的稳态性能有很大影响。K值越大，稳态性能越好。当在2s负载由50变为100时，由于开环无法起调节作用，转速下降。对于单闭环无静差转速负反馈调速系统，当给定电压信号改变时，转速曲线也跟着改变，电机转速以此变成110ad/sec,85ad/sec,50ad/sec.闭环系统绝对服从于给定输入，而且能对被包围在负反馈环内的一切主通道上的扰动有效地加以抑制，对给定电源和反馈检测元件中的误差无力克服。电压负反馈只能维持电动机端电压恒定，对电动机的电枢电阻压降引起的静态速降不能予以抑制，即电压负反馈调速系统的静态速降比相同放大系数的转速负反馈系统要大一些，稳态性能要差一些。并且电压负反馈不能对电动机及其之后的负载的变化起调节作用。单闭环直流调速系统，比例放大器系数Kp的取值直接影响着系统的响应速度，由于Kp不是无穷大，所以单纯的比例放大器做控制器的单闭环系统存在静差，但是Kp取得过大则会产生较大的超调量，所以取值时必须兼顾。