单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真学院：姓名：学号：时间：目录一、课题要求.............................................................................................................................. - 1 -1．设计题目........................................................................................................................ - 1 - 2．设计内容........................................................................................................................ - 1 - 3．设计要求........................................................................................................................ - 1 -4 . 控制对象参数................................................................................................................ - 1 -二、设计方案.............................................................................................................................. - 2 -1、概述................................................................................................................................ - 2 -2、电压负反馈直流调速系统的原理................................................................................ - 2 -三、参数计算.............................................................................................................................. - 3 -四、单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型.......................................................................... - 4 -1. 单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型的建立......................................................... - 4 -2.开环带扰动无电压负反馈调速系统的仿真结果........................................................... - 5 -3. 单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果..................................................... - 5 -4. 单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果......................................................... - 6 -五、实训心得：.......................................................................................................................... - 8 -一、课题要求1．设计题目5) 单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真2．设计内容（1）设计系统各单元电路和主控电路；（2）分析并测定系统各环节的输入输出特性及其参数，调试各单元电路；（3）系统性能分析与程序设计；（4）系统校正，修正系统静、动态性能。
3．设计要求（1）初步掌握控制系统的分析和设计的基本方法。
包括设计任务，进行计题目的方案论证。
通过调查研究、设计计算，确定方案，写出总结报告。
（2）培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。
包括学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找答案。
（3）通过严格的科学训练和工程设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中应具有的生产观点，经济观点和全局观点4 . 控制对象参数直流调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,允许过载倍数λ=1.5;电枢回路总电阻:R=0.5Ω,电枢回路总电感:L= 15mH,电动机轴上的总飞轮力矩:GD2= 22.5N〃m2,晶闸管装置:放大系数Ks=40,电流反馈系数:β=0.05V/A,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r,滤波时间常数:Toi=0.002s ,Ton=0.01s 。
二、设计方案1、概述直流调速系统中最基本的形式是目前广泛应用的晶闸管直流调速系统，采用直流测速发电机作为转速检测元件，实现转速的闭环控制，再加上一些积分与校正的方法，可以获得比较满意的静动态性能。
然而，在实际应用中，其安装与维护都比较麻烦，常常是系统安装中可靠性的薄弱环节。
此时，可用电动机端电压负反馈取代转速负反馈，构成电压负反馈调速系统。
但这种系统只能维持电动机端电压恒定，而对电动机电枢电压降引起的静态速降不能予以抑制，因此系统静特性较差，只适用于对精度要求不高的调速系统。
2、电压负反馈直流调速系统的原理电压负反馈直流调速系统的原理图如图2-1所示，图中作为反馈检测元件的只是一个起分压作用的电位器。
电压反馈信号为d u U U γ=式中Uu —电压反馈信号（∨）；γ—电压反馈系数。
图2-1 电压负反馈直流调速系统的原理图这种系统对电动机电枢电阻Ra 引起静态速降，电压负反馈不能对它起抑制作用，故必须把主回路总电阻R 分成两部分R=Rr+Ra ，Rr 为晶闸管整流装置的内阻（含平波电抗器电阻），因而有以下两个关系式：d r d U R I U =-0dE R I U a d d =-通过绘制结构图和利用叠加原理和结构图运算规则，导出电压负反馈直流调速系统的静特性方程如下：d e a d e r e n S P I C R I K C R K C U K K n -+-+=)1()1(*式中，K=γk P K S 。
从静特性方程可见，与开环系统相比较，电压负反馈作用使整流装置内阻Rr 引起的静态速降减小到开环时的1/（1+K ）,但由于电枢电阻引起的速降I d Ra/C e 和开环时相同，这一点从结构图上也可以明显看出，因为电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，扰动量I d Ra 不被反馈环包围，电压负反馈系统对由它引起的速降也就无法克服了。
这是电压负反馈系统调速性能指标差的一个重要原因，在电压负反馈调速系统中引入电流正反馈可提高系统的稳态性能指标。
三、参数计算计算电力拖动系统机电时间常数m Ta N N e N R I n C U +=带入数据得r V C e min/132.0=;A Nm C C e m /26.130==π; 所以s C C R GD T me m 18.03752== 575.71=eC 调节器参数计算：如果将电压反馈环校正为典I 系统，调节器选用积分调节器s τ1，由)1(11)(+=+=TS S K S T K s s W S S τ 和%5≤σ得5.01==S S T K KT τ所以136.0=τ35.71=τ由于纯积分环节调节缓慢，所以考虑在此基础上采用比例积分调节器，且KP=1;电磁时间常数： 03.05.010153=⨯==-R l T l 电压反馈系数026.0)2.0136220(5≈⨯-÷=γ（U n *=5V ）四、单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型1. 单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型的建立图4-1单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型2.开环带扰动无电压负反馈调速系统的仿真结果图4-2开环带扰动转速波形（扰动在2s后加上）由图可知，在电机启动2s后加入负载干扰，电机转速有原来的1460r/min 下降到1000r/min，电机抗扰能力较差。
3. 单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果（1）转速仿真波形图4-3转速仿真波形4. 单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果（1）转速仿真波形图4-4转速仿真波形由单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果和单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果可以看出，在加入扰动后转速下降到1255r/min ，与开环控制的系统相比较，转速下降相对较小些，这是因为电压负反馈作用使整流装置内阻Rr 引起的静态速降减小到开环时的1/（1+K ），其中K=γk P K S 。
这与开环相比较，电压负反馈的抗扰性能相对较好。
（2）电枢电压Ud 的仿真波形由仿真波形可以看出，电机在启动过程中电压无超调，这样对设备保护有好处；电机在2s 加上额定负载扰动后，电枢电压迅速上升到额定电压220v 左右，增强带载能力。
图4-5 电枢电压Ud的仿真波形（3）电枢电流Id的仿真波形由仿真波形可以看出，电机在启动过程中，电枢电流Id从0迅速上升到246A，在电机启动结束进入稳态运行时，电流下降到很小，电流的超调，加快电机的启动；在2s加上额定负载扰动，电机为克服扰动，使电流上升到额定电流136A。
图4-6电枢电流Id的仿真波形五、实训心得：这次的实训是基于我们学习交、直流调速系统运用matlab软件进行系统仿真。
完成本次实训，我们大致分四步走，第一步，根据课题所给参数和各项指标计算并确定各项参数。
针对我的选题，这一步我需要理解电压负反馈的原理，需要掌握电压负反馈系统的设计方法，需要学习建立电动机和系统的动态模型。