电力拖动自动控制系统课程设计Word文档下载推荐.docx
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转速闭环控制可以降低转速降落，降低转差率，扩大调速范围。
根据自动控制原理，采用了PI调节器，加大比例系数可以减少静差，积分环节的加入有助于消除系统静差。
但Kp过大时，会使动态品质变坏；
而在Kp不变的情况下，积分时间过小，将使稳定性降低，振荡加剧等。
总的来说，matlab只需要调节两个参数：
（1）比例系数Kp，参数由小到大调节
（2）积分系数Ki（1/τ），1/τ参数是倒数，所以由小到大调节（下面把Ki定义为Ti）
二、系统的各环节参数设置
1、直流电动机：
额定电压UN=220V
额定电流IdN=55A
额定转速nN=1000r/min
电动机电势系数Ce=0.192V⋅min/r
2、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
3、电枢回路总电阻R=1.0∧
电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s
电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s
4、转速反馈系数〈=0.01V⋅min/r
5、对应额定转速时的给定电压Un=10V
6、PI调节器的直暂定为Kp=0.56,Ti=1/τ=11.43
三、比例积分控制的直流调速系统的仿真框图
四、建立matlab仿真模块
模块
地方
数目
Step（阶跃输入模块）
Source组
1个
Sum（加法器模块）
MathOperations组
3个
Gain（增益模块）
4个
TransferFcn（控制器模块）
Continuous组
Integrator（积分模块）
Scope（示波器模块）
Sinks组
2个
五、仿真图初值效果
1.系统框图
2.参数设计
（1）在本例中，额定转速的给定是10V，所以修改steptime=1,finaltime=10
（2）PI调节器的比例环节的Kp初值=0.56，积分时间Ti初值=11.43
（3）把积分饱和值改为-10～10，键入传递函数模块数据，键入增益比值，仿真时间修改为0～0.6s。
如下图所示。
（4）效果图如下：
超调量大
六、调节比例积分参数Kp，Ti
（1）比例系数Kp，参数一般是由小到大调节
（2）积分系数Ki（1/τ），因为是倒数，所以参数一般是由小到大调节
1.只调节kp时，由小变大调节，会发现加大kp，会加快系统的响应，但超调量大。
2.只调节Ti时，由大变小调节，会发现静差变小，甚至消除静差，实现无静差调速。
3.同时调节参数kp，Ti，发现要消除静差，就要牺牲快速性；
因为没有引进微分，所以会存在一定的超调，是不可避免的。
当kp=0.8，Ti=14时响应的超调略微小，快速性适中。
七、与暂定值比较
（二）基于转速、电流反馈控制直流调速系统的matlab7.1仿真
设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环。
1、从电流环（内环）开始，对其进行必要的变换和近似处理，然后根据电流环的控制要求确定把它校正成哪一类典型系统。
2、再按照控制对象确定电流调节器的类型，按动态性能指标要求确定电流调节器的参数。
3、电流环设计完成后，把电流环等效成转速环（外环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。
总体来说：
matlab仿真主要做：
（1）电流调节器（内环）
（2）把电流环等效成转速环（外环）
双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路的参数
220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5；
2、晶闸管装置放大系数：
Ks=40；
3、电枢回路总电阻：
R=0.5Ω；
4、时间常数：
Ti=0.03s，Tm=0.18s；
5、电流反馈系数：
β=0.05V/A（≈10V/1.5IN）、α=0.07Vmin/r（≈10V/nN）
三、电流环、转速环的设计
1.设计电流调节器，要求超调量бi《5%。
（1）时间常数（由上图可知Ts）三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.00167s。
（2）电流滤波时间常数Toi。
由上表知道Tsmax=3.33，为了基本滤平波头，应有（1~2）Toi=3.33ms,因此我们取Toi=2ms=0.002s.
（3）电流环小时间常数之和TΣi。
按小时间常数近似处理，取TΣi=Ts+Toi=0.00367s。
（4）各模块的设置（除ACR模块）
1/（Tois+1）=1/（0.002s+1）;
Ks/（Tss+1）=40/（0.00167s+1）;
（1/R）/（Tls+1）=（1/0.5）/（0.03s+1）=2/（0.03s+1）;
R/Tms=0.5/0.18s;
β/（Tois+1）=0.05/（0.002s+1）
（5）ACR参数设置
电流调节器超前时间常数为：
τi=Tl=0.03s。
电流环开环增益：
要求σi≦5%时，按上表可得KT=0.5，
那么ACR的比例关系为：
那么ACR的传递函数为：
化简：
WACR（S）=Ki+Ki/τis
（6）ACR模块的matlab7.1参数为
Ki=1.013；
Ki/τis=1.013/0.03s=33.767/s
电流环的matlab仿真模块（我以matlab7.1为例）
模块
地方
数目
Step（阶跃输入模块）
Source组
1个
Sum（加法器模块）
MathOperations组
3个
Gain（增益模块）
2个
TransferFcn（控制器模块）
Continuous组
5个
Integrator（积分模块）
Scope（示波器模块）
Sinks组
2.设计转速调节器
（1）确定时间常数
电流环的等效时间常数1/KI。
由上面可知取KITΣi=0.5，则1/KI=2TΣi=0.0074s
转速滤波时间常数Ton=0.01s
转速环小时间常数TΣn=1/KI+Ton=0.0174s
（2）模块设置
1）函数式为α/（Tons+1）=0.007/（0.01s+1）
2）函数式1/Ce=1/0.132=7.576
（3）ASR的模块其传递函数为
化简的WASR（S）=Kn+Kn/τns
（4）ASR参数设置
取h=5，则ASR的超前时间常数为
转速环开环增益：
ASR的比例系数为
（5）ASR模块的matlab参数为
Kn=11.7
Kn/τns=134.5/s
转速环的matlab仿真模块（我以matlab7.1为例）
6个
四、转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真框图（双闭环）
五、建立matlab仿真模块
1.电流环仿真
（1）系统框图
（2）参数设计
在本例中，额定转速的给定是10V，所以修改steptime=1,finaltime=10
把电流环调节器的参数键入，把积分饱和值改为-10～10，键入传递函数模块数据，键入增益比值，仿真时间修改为0～0.6s。
（3）效果图
2.转速环仿真
空载，step1是用来输入负载电流的
把电流环调节器的参数保持KT=0.5不变，把转速环参数键入，把积分饱和值改为-10～10，键入传递函数模块数据，键入增益比值，仿真时间修改为0～0.7s。
（三）总结
1.通过比例积分控制的转速负反馈闭环调速系统的仿真，利用matlab的simulink软件进行十分简单和直观的。
一开始遇到的问题倒是不多，主要是在调节比例积分参数的时候，翻阅了电力拖动运动控制和计算机控制系统两本书，以及进行关键字的XX，我本来是认为比例参数应该是由小变大，积分参数是由大变小的，一时之间只是对着书去仿真，就没多想了，后面发现因为积分参数在这里是倒数，所以也是由小变大的去调节的。
原本是想降低超调量，乃至于消除，可是在调节的过程中一直达不到效果，翻阅了相关书籍才发现，没有微分作用，是不可能消除超调量的。
而比例积分的作用是快速响应系统，积分的作用是消除静差，在比例积分的环节中，始终调节不到无静差，因为有两个变量需要调节，积分环节是以牺牲快速性来消除静差的，这恰好与比例环节矛盾，比例环节是Kp越大，响应系统的快速性越好，所以在比例积分中，调节无静差是需要牺牲时间的。
2.通过转速、电流反馈控制的直流调速系统，同样是运用了PI调节器。
双闭环结构比较复杂，一开始我一直调不出空载波形，也不知道怎样去设置阶跃step来达到效果。
搞了很久都没进展，也特别纠结于饱和值的设置参数，现在弄懂了就觉得之前断断续续搞了好几个小时没弄出来真可悲，真的是懂了的人觉得没什么，对于一开始不懂的人来说，真是比喝水还困难。
平时很少是自己独立做完课程设计的，都是分组一起做的，所以自己做，还是有点难度，重点还是一开始没人做这两个，没得问比较悲哀。
虽然说是做课本上的例题，相对来说，比较轻松简单，但可能是自己对于simulink本身并不熟悉，所以在理解上面增加了点难度。
不过觉得最重要的是自己收获了知识，也对simulink的操作多了一层熟悉。
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