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电气传动课程设计simulink仿真

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2020年4月19日
文档仅供参考

电气传动课程设计

题目：转速反馈控制调速系统的仿真

姓 名 韩雪晴
学 院 信息与电气工程学院
专 业 电气工程及其自动化
年 级 级
学 号 3615531
指导教师 赵枚

一、 概述
调节原理
带转速负反馈的闭环直流调节系统，中有一台与电动机通州安装的测速发电机TG，引出与被调量转速成正比的负反馈电压Ub，与给定电压UB相比较后，得到转速偏差电压ΔUb，经放大器A，产生电力电子转换器UPE的控制电压Uc，用以控制电动机转速n
实验原理图如下图

利用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真是十分简单和直观的，SIMULINK提供了使用系统模型框图组态的仿真平台，使用SIMULINK进行仿真和分析能够像在纸上绘图一样简单。用户能够用图形化的方法直接建立起仿真系统的模型，并经过SIMULINK环境中的菜单直接启动系统的仿真过程，同时将结果在示波器上显示出来，SIMULINK也实线与MATLAB，C或者FORTRAN之间的数据传递。因此，掌握强大的SIMULINK工具会大大地增强用户系统的仿真能力。
二、实验目的
1、 进一步学习利用MATLAB下的SIMULINK来对控制系统进行仿真。
2、 掌握转速、电流反馈控制直流调速系统的原理。
3、 学会利用工程的方法设计ACR、ASR调节器的方法
三、实验原理
SIMULINK的简介：
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要经过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
功能：
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink能够用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创立动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创立过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户能够立即看到系统的仿真结果。 Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。. 构架在Simulink基础之上的其它产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB® 紧密集成，能够直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创立、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。
四、 设计内容
1、转速负反馈闭环调速系统各环节参数如下：
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=0.129V.min/r；
放大系数Ks=40,滞后时间常数Ts=0.00178s,电枢总电阻R=1.0Ω；
电枢回路电磁时间常数Tl=0.00178s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s。
转速反馈系数α=0.01V.min/r。
对应额定转速时的给定电压U*n=10V.
2、转速环的MATLAB计算、建立及仿真
转速调节器的设计
确定时间常数 电流环等效时间常数
利用LATLAB仿真内容
4、 系统模型编辑窗口
打开simulink主界面，新建一个文件，拉出各个模块，组成如图所示

5、 修改模块参数，完成模块连接，比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型

6、 仿真模块的运行

选取Kp=0.28，1/τ=3.1。此时系统响应无超调图像如下

二、 调节其参数的调整
在控制系统中设置调节器是为了改进系统的静、动性能。在采用PI调节器以后，构成的是无静差调速系统。利用仿真模型改变比例系数和积分系数，能够轻而易举的得到震荡、有静差、无静差、超大或启动快等不同的转速曲线。上图的仿真曲线中反应了对给定输入信号的跟随性能指标。如果改变PI调节器的参数，能够得到转速的超调量不一样、调节时间也不一样的响应曲线。经过比较能够发现系统的稳定性和快速性是一对矛盾，必须根据工程的要求，选择一个合适的PI参数。
现调整参数
此时Kp=0.85，1/t=15.5，系统转速的响应的超调较大，但快速性好。仿真图形如下：

五、小结与体会
这次课程设计中，我们学到了许多课堂上学不到的东西，特别是在Matlab仿真上面有很多自己不懂的地方，我在此用了很多时间和精力。 本次课程设计让我对《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》的核心内容---转速、电流反馈控制直流调速系统有了更深的理解，对典型I系统设计加深了认识。经过matlab的仿真，使我对双闭环反馈控制的直流调速系统有了直观的印象。

六、参考文献
[1]阮毅.《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》.北京：机械工业出版社 ；
[2]洪乃刚.《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》.北京：机械工业出版社， .
[3]黄忠霖《电力电子技术的MATLAB实践》国防工业出版社