直流电机双闭环调速大作业

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双闭环不可逆直流调速系统实验报告

双闭环不可逆直流调速系统实验报告

双闭环不可逆直流调速系统实验报告
实验目的:
1. 理解双闭环不可逆直流调速系统的原理和特点。

3. 熟悉实验设备的使用和实验过程。

实验原理:
双闭环不可逆直流调速系统由速度环和电流环两个闭环组成,其基本原理如下:
1. 速度环控制
在速度环内部,输入为期望转速,输出为电压控制器的输出信号。

速度环主要根据实
际转速和期望转速之间的差异,计算出电压控制器的控制量,并根据电压控制器的输出改
变电机的电压,以达到调速的目的。

实验步骤:
1. 准备实验设备:电机、电压变压器、电流反馈电阻、示波器、信号源、功率放大器、控制器等。

2. 按照实验原理中的模型,建立电机的电压-转速模型和电机的电流-转矩模型。

3. 根据模型,编写控制算法。

4. 将实验设备连接好,将模型和算法输入控制器。

5. 设置期望转速和电流控制量,并启动电机。

6. 分析实验结果,评估控制系统的性能。

实验结果:
本次实验中,我们成功建立了双闭环不可逆直流调速系统的模型,并利用控制器实现
了系统的控制。

我们通过改变期望转速和电流控制量,观察了系统的实际转速和转矩变化。

实验结果表明,双闭环控制系统的性能稳定,具有较好的调速性能和响应速度。

结论:。

双闭环直流调速实验报告

双闭环直流调速实验报告

双闭环直流调速实验报告双闭环直流调速实验报告引言:直流电机作为一种常见的电动机类型,广泛应用于工业生产和日常生活中。

为了提高直流电机的调速性能,双闭环直流调速系统应运而生。

本实验旨在通过搭建双闭环直流调速系统,对其性能进行测试和评估。

一、实验目的本实验的主要目的是研究和掌握双闭环直流调速系统的工作原理和性能特点,具体包括以下几个方面:1. 了解双闭环直流调速系统的组成和工作原理;2. 掌握双闭环直流调速系统的参数调节方法;3. 测试和评估双闭环直流调速系统的调速性能。

二、实验原理双闭环直流调速系统由速度环和电流环组成,其中速度环负责控制电机的转速,电流环负责控制电机的电流。

具体工作原理如下:1. 速度环:速度环通过测量电机的转速,与给定的转速进行比较,计算出转速误差,并将误差信号经过PID控制器进行处理,最终输出控制信号给电流环。

2. 电流环:电流环通过测量电机的电流,与速度环输出的控制信号进行比较,计算出电流误差,并将误差信号经过PID控制器进行处理,最终输出控制信号给电机。

三、实验步骤1. 搭建实验平台:将直流电机与电机驱动器连接,并将驱动器与控制器相连。

2. 参数设置:根据实验要求,设置速度环和电流环的PID参数。

3. 测试电机转速:给定一个转速值,观察电机的实际转速是否与给定值一致。

4. 测试电机负载:通过改变电机负载,观察电机的转速是否能够稳定在给定值附近。

5. 测试电机响应时间:通过改变给定转速,观察电机的响应时间,并记录下来。

6. 测试电流控制性能:通过改变电机负载,观察电机电流的变化情况,并记录下来。

四、实验结果与分析1. 电机转速测试结果表明,双闭环直流调速系统能够准确控制电机的转速,实际转速与给定值之间的误差较小。

2. 电机负载测试结果表明,双闭环直流调速系统能够在不同负载下保持电机的转速稳定,具有较好的负载适应性。

3. 电机响应时间测试结果表明,双闭环直流调速系统的响应时间较短,能够快速响应给定转速的变化。

双闭环直流电机调速系统设计

双闭环直流电机调速系统设计

双闭环直流电机调速系统设计嘿,大家好!今天咱们聊聊一个挺酷的话题:双闭环直流电机调速系统。

虽然听起来有点像外星人的科技,但是其实它就是咱们日常生活中的一些电机背后的“聪明脑袋”。

没错,电动工具、电动汽车,甚至是你家那台洗衣机,都可能用到这种技术。

别担心,我会用简单易懂的语言,把这个“高大上”的话题聊得通俗易懂,让你像喝水一样轻松明白。

1. 什么是双闭环系统?首先,咱们得搞清楚什么是双闭环系统。

你可以把它想象成一辆高科技的赛车。

车上有两个智能系统,一个负责控制车速,另一个负责检查车速是不是正好。

第一个环节,叫做“速度闭环”,就像是车里的加速器,它根据你给的油门信号来调整速度。

第二个环节,叫做“电流闭环”,就是车上的仪表盘,它会实时监控实际速度和预定速度的差异,确保车速始终如你所愿。

两个环节相互配合,就像是赛车手的左右手,协作得天衣无缝。

1.1 速度闭环的作用速度闭环系统,简单来说,就是确保电机转得刚刚好。

你可以把它想成是你的车速表,告诉你车速到底快不快。

当你设定了目标速度后,速度闭环就会一直“盯着”电机的实际速度,看是不是达到了你想要的。

要是电机转得快了或者慢了,速度闭环会发出“警报”,让电机调整到正确的速度。

就像你开车的时候,如果超速了,车上的警报器就会提醒你:“嘿,慢点!”1.2 电流闭环的作用而电流闭环呢,就是确保电机在运行时不会超负荷。

你可以把它想象成你的车载电脑,时刻监控电机的“健康状态”。

如果电机的电流过大,就像是车上的发动机超负荷一样,电流闭环会自动调整电流,防止电机“过劳”工作,保障电机的长寿命和稳定性。

这就像车上的“健康检查”,时刻关注电机的“身体状况”,让它保持在最佳状态。

2. 如何设计双闭环系统?说到设计双闭环系统,那可不是简单的“煮熟的鸭子嘴里跑”,而是要细心雕琢的“工艺品”。

设计时,你需要考虑到很多细节,就像调配一杯完美的鸡尾酒一样,必须把每个成分都搭配得恰到好处。

2.1 控制器的选择首先,你得挑选一个靠谱的控制器。

机电控制系统大作业—直流电机双闭环调速系统matlab仿真

机电控制系统大作业—直流电机双闭环调速系统matlab仿真

机电控制系统大作业—直流电机双闭环调速系统matlab仿真Harbin Institute of Technology Harbin Institute of Technology机电控制系统分析与设计课程大作业,一,课程名称,机电控制系统分析与设计设计题目,基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真院系,机电工程学院班级,分析者,学号,设计时间,2012年7月1日哈尔滨工业大学Harbin Institute of Technology Harbin Institute of Technology机电控制系统分析与设计课程大作业,二,课程名称,机电控制系统分析与设计设计题目,四相反应式步进电机环形分配器的设计与分析院系,机电工程学院班级,0908107分析者,吴东学号,1093210417 设计时间,2012年7月1日哈尔滨工业大学1.计算电流和转速反馈系数*U10im电流反馈系数:, ,,,1.25(V/A),I2,4nom*U10nm转速反馈系数: ,,,,0.02(Vmin/r)n500nom2.电流环的设计(1)确定时间常数题目给出电流反馈滤波时间常数,由PWM功率变换器的开T,0.2ms,0.0002soi 11T,,,0.0001s关频率10kHz得调制周期按电流环小时间常数f,sf10,1000的近似处理方法,取T,T,T,0.0001,0.0002,0.0003s,isoi(2)选择电流调节器结构电流环可按?型系统进行设计。

电流调节器选用PI调节器,其传递函数为,s,1iG(s),K ACRi,si(3)选择调节器参数超前时间常数:。

,,T,0.008sil电流环按超调量考虑,电流环开环增益:取,因此 ,,5%KT,0.5iI,i0.50.5K,,,1666.6667 IT0.0003,i于是,电流调节器的比例系数为,R0.008,8iKK,,1666.6667,,17.7778 iI,K1.25,4.8s(4)检验近似条件电流环的截止频率。

电机控制大作业

电机控制大作业

目录一、仿真实验目的和要求 (3)二、仿真实验内容 (3)三、仿真步骤与结果分析 (4)1. 各个模块功能介绍 (4)(1)速度给定模块 (4)(2)转矩给定模块 (5)(3)速度控制模块 (7)(4)电流控制模块 (8)(5)PWM波生成模块 (11)(6)滤波模块 (13)(7)测量模块 (15)(8)直流电机模块 (16)2. 仿真结果分析 (19)(1)恒转速、恒转矩输入 (19)(2)恒转速、阶跃转矩输入 (20)(3)阶跃转速、恒转矩输入 (21)(4)阶跃转速、阶跃转矩 (22)(5)增大给定转速 (22)(6)减小给定转速 (23)(7)增大给定转矩 (23)(8)减小给定转矩 (24)3. 转速PI调节器参数对电机运行性能的影响 (25)(1)增大比例系数Kp (25)(2)减小比例系数Kp (25)(3)增大积分系数Ki (26)(4)减小积分系数Ki (27)4. 电流调节器改用PI调节器仿真 (27)5. 加入位置闭环控制 (31)6. 速度无超调 (34)四、实验心得、体会 (35)电机控制大作业:直流电机双闭环控制调速系统一、仿真实验目的和要求1.加深对直流电机双闭环PWM调速模型的理解2.学会利用MATLAB中的SIMULINK工具进行建模仿真3.掌握PI调节器的使用,分析其参数对电机运行性能的影响。

二、仿真实验内容图1 直流电机双闭环控制调速系统原理图实验电路图如上图所示,实验要求(*为必做实验):1.描述每个模块的功能(*)2.仿真结果分析:包括速度改变、转矩改变下的电机运行性能,并解释响应现象(*)3.转速PI调节器参数对电机运行性能的影响(*)4.电流调节器改用PI调节器(*)5.加入位置闭环6.速度无超调三、仿真步骤与结果分析1.各个模块功能介绍(1)速度给定模块图2 速度给定模块原理图速度给定模块通过一个单刀双掷开关控制,分为两种方式:一种为恒速度给定,一种为阶跃速度给定。

双闭环直流调速系统实验

双闭环直流调速系统实验

实验一 实验二 实验三 实验四 实验五实验五实验五 双闭环直流调速系统实验双闭环直流调速系统实验一.实验目的一.实验目的⒈ 熟悉双闭环直流调速系统的组成、工作原理、调试方法。

⒉ 了解双闭环直流调速系统的静态和动态特性。

二.实验设备二.实验设备⒈ MCL –⒈ MCL – 31 31 31 低压控制电路及仪表。

低压控制电路及仪表。

低压控制电路及仪表。

⒉ MCL –⒉ MCL – 32 32 32 电源控制屏。

电源控制屏。

电源控制屏。

⒊ MCL –⒊ MCL – 33 33 33 触发电路及晶闸管主回路。

触发电路及晶闸管主回路。

触发电路及晶闸管主回路。

⒋ MEL –⒋ MEL – 0303 03 三相可调电阻器。

三相可调电阻器。

三相可调电阻器。

⒌ MEL –⒌ MEL – 11 11 11 电容箱。

电容箱。

电容箱。

⒍ 直流电动机–发电机–测速机组。

⒍ 直流电动机–发电机–测速机组。

⒎ 万用表。

⒎ 万用表。

⒏ 双踪示波器。

⒏ 双踪示波器。

三.三. 实验原理实验原理在双闭环直流调速系统中设置了两个调节器,转速调节器的输出当作电流调节器的输入,电流调节器的输出控制晶闸管整流器的 触发装置。

触发装置。

电流调节器在里面称作内环,转速调节器在外面称作外环,这样就形成转速、电流双闭环调速系统。

双闭环直流调速系统原理图如下图所示。

速系统原理图如下图所示。

为了获得良好的静、动态性能,转速和电流两个调节器都采用采用 PI PI PI 调节器。

转速调节器是调速系统的主导调节器,它使转速跟随其给定电压变调节器。

转速调节器是调速系统的主导调节器,它使转速跟随其给定电压变化,稳态时实现转速无静差,对负载变化起抗扰作用,其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

最大电流。

电流调节器电流调节器 使 电流紧紧跟随其电流紧紧跟随其 给定电压变化,对电网电压的波动起及时抗扰作用,在 转速动态过程中能够获得电动机允许的最大电流,从而加快动态过程, 当电机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快速的自动保护作用。

无刷直流电机(BLDC)双闭环调速解析

无刷直流电机(BLDC)双闭环调速解析

根据模拟 PID 可以得到数字 PID 的控制算法,为了用计算机实现 PID 控制规律,当采样时间 Ts 很小时,可以通过离散化来得到公式。在数字化 PID 中,用 Ki(积分系数)来代替 Ti(积 分时间),用 Kd(微分系数)来代替 Td(微分时间)。其中 Ki=(Kp*Ts)/Ti;Kd=(Kp*Td)/Ts。 1、数字化位置式 PID 标准形式:Pu(t)=Kp*e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1))]+Pu(t-1) 将 Kp 分离出来:Pu(t)=Kp*[e(t)+(Ts/Ti)*∑e(t)+(Td/Ts)*(e(t)-e(t-1))]+Pu(t-1) 用 C 代码表式公式:用 ek 代表 e(t);用 ek1 代表 e(t-1);用 Pu1 代表 Pu(t-1) Pu=Kp*[ek+(Ts/Ti)*∑ek+(Td/Ts)*(ek-ek1)]+Pu1 2、数字化增量式 PID(同模拟量一样跟据两式相减得到增量式) Pu(t)=Kp*[(e(t)-e(t-1))+(Ts/Ti)*e(t)+(Td/Ts)*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2))] 用 C 代码表式公式:用 ek 代表 e(t);用 ek1 代表 e(t-1);用 ek2 代表 e(t-2) Pu=Kp*[(ek-ek1)+(Ts/Ti)*ek+(Td/Ts)*(ek-2*ek1+ek2)] 在上式中,Pu 是输出量,Pu1 是前一次的输出量,Kp 是比例系数,Ti 是积分时间,Td 是微 分时间,Ts 是采样周期,ek 是当次的误差,ek1 是前一次的误差,ek2 是前两次的误差。而 在实际的应用中,为了简化程序,一般不将 Ts 拿来做运算,因为积分项和微分项的常数都 是两个比值,分别直接用系数 Ki 和 Kd 来代替,只是当采样周期改变时,要去相应的调整几 个系数的大小,所以我们可以得到无刷直流电机的增量式 PID 算法公式: Pu=Kp*[(ek-ek1)+Ki*ek+Kd*(ek-2*ek1+ek2)] 但是上面的公式在无刷直流电机的 PID 控制中并不实用,因为在电机的启动、停止或大幅增 减设定值时,由于会出现很大的偏差,且有时此偏差会保持一段时间不变(如电机启动时需 要一定的时间才能转动起来),会造成 PID 算法的比例控制失调,积分严重饱和的现象,此 现象表现为电机需要较长的时间才能运转起来,运转起来之后又会出现较大的超调。因此要 将其做改进的 PID 控制的形式,同时要在程序中加抗积分饱和的判断处理。 改进的 PID 公式:Pu=Kp[ek+Ki*∑ek+Kd*(ek-ek1)] 上式中,如果去掉微分项,只用 PI 控制,则公式:Pu=Kp[ek+Ki*∑ek] 将∑ek 分解出来用误差累加 ei 表示,则公式:Pu=Kp*ek+Ki*Kp*ek+ei;ei=Ki*Kp*ek+ei 加变速积分,则公式:Pu=Kp[ek+fek*Ki*∑ek+Kd*(ek-ek1)] 上式中,fek 为变速积分系数,如果去掉微分项,只用 PI 控制,将∑ek 分解出来用误差累 加 ei 表示,则公式:Pu=Kp*ek+fek*Ki*Kp*ek+ei;fek=0-1(由 A 和 B 值来确定) 当误差 ek 大于 A+B 时:fek=0(积分不起作用) 当误差 ek 在 B 与 A+B 之间时:fek=>0&<1(积分随误差减小而增强,随误差增大而减弱) 当误差 ek 大于 A+B 时:fek=1(全速积分)

双闭环直流电机调速系统设计

双闭环直流电机调速系统设计

双闭环直流电机调速系统设计在今天的科技世界里,电机就像是家里的“万能小助手”,无处不在。

你想想,电风扇、洗衣机、甚至小汽车,都少不了它们的身影。

而双闭环直流电机调速系统就是这个小助手的“智囊团”,让它在各种环境中游刃有余,真是个神奇的存在。

今天,我们就来聊聊这个系统是怎么工作的,听起来是不是有点高大上?别担心,咱们用通俗易懂的语言来探讨,让你在闲聊中也能装装逼!1. 什么是双闭环控制?1.1 直流电机的基本知识直流电机,这东西其实就是通过直流电来转动的电机,简单说,就是通过电流来产生磁场,让电机的轴子转动起来。

想象一下,你在玩一辆遥控小车,控制它的速度和方向,其实和电机的工作原理类似。

电流大了,小车跑得快;电流小了,小车就慢了。

是不是很简单?不过,要把这个电机调得又快又稳,就得靠我们的双闭环系统了。

1.2 双闭环系统的工作原理双闭环控制,顾名思义,分为两个环,一个是速度环,一个是电流环。

速度环就像是你的眼睛,时刻盯着电机的转速,确保它不会跑偏。

而电流环就像是你的手,及时调整电机所需的电流,让它在需要的时候有充足的动力。

就好比你骑自行车,风一吹,你得用力蹬脚踏,让车子稳稳前行,这就是速度和电流的配合。

两者相辅相成,形成了一个良性的循环,确保电机在各种负载下都能稳定工作。

2. 设计双闭环系统的重要性2.1 提高系统性能你想啊,电机如果没有双闭环控制,开得快的时候,可能转速就飙到天上,没法控制;慢的时候,又感觉力不从心。

这就像你打球,想要扣篮却被卡在了框下,真是让人心急火燎!而有了双闭环系统,电机就能在不同的环境中保持稳定的转速,性能大大提升。

无论是重载还是轻载,电机都能游刃有余,根本不在话下。

2.2 降低能耗再来谈谈能耗的问题。

我们都知道,能源危机可是个大麻烦。

双闭环系统能够通过实时监测和调节,确保电机在最优状态下运行,从而降低能耗。

想象一下,省电就像是在家里随便找零花钱,谁不乐意呢?通过科学合理的控制,电机就能用更少的电,做更多的事,真是一举两得!3. 实际应用案例3.1 工业自动化说到双闭环系统的实际应用,那可真是多得数不过来。

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题目(中)直流电机双闭环控制调速姓名与学号指导教师年级与专业所在学院目录:一、电机控制实验目的和要求 (4)二、双闭环调速控制内容 (4)三、主要仪器设备和仿真平台 (5)四、仿真建模步骤及分析 (5)1.直流电机双闭环调速各模块功能分析 (5)2.仿真结果分析(转速、转矩改变) (18)3.转速PI调节器参数对电机运行性能的影响 (24)4.电流调节器改用PI调节器后的仿真 (27)5.加入位置闭环后的仿真 (28)6.速度无超调仿真 (30)七、实验心得 (32)一、电机控制实验目的和要求1、加深对直流电机双闭环PWM调速模型的理解。

2、学会利用MATLAB中的SIMULINK工具进行建模仿真。

3、掌握PI调节器的使用,分析其参数对电机运行性能的影响。

二、双闭环调速控制内容必做:1、描述Chopper-Fed DC Motor Drive中每个模块的功能。

2、仿真结果分析:包括转速改变、转矩改变下电机运行性能,并解释相应现象。

3、转速PI调节器参数对电机运行性能的影响。

4、电流调节器改用PI调节器后,对电机运行调速结果的影响。

选做:5、加入位置闭环6、速度无超调三、主要仪器设备和仿真平台1、MATLAB R2014b2、Microsoft Officials Word 2016四、仿真建模步骤及分析1.直流电机双闭环调速各模块功能分析参考Matlab自带的直流电机双闭环调速的SIMULINK仿真模型:demo/simulink/simpowersystem/Power Electronics Models/Chopper-Fed DC Motor Drive1.1转速给定模块转速给定有两种方式:一为恒定转速给定,二是阶跃的给定。

两种方式的选择通过单刀双掷开关实现。

恒转速给定可由以下窗口修改设置:阶跃转速给定可由以下窗口修改设置:Step Time为从初始状态到阶跃完成所需的时间,Initial Value为初始转速,Final Value为阶跃后最终转速,Sample Time为采样时间间隔。

从图中可得出,当前转速给定为一个从120rad/s到160rad/s的阶跃过程,直到阶跃过程结束耗时0.4s。

1.2转矩给定模块转矩给定也有两种方式:一为恒定转矩给定,二是阶跃转矩的给定。

两种方式的选择通过单刀双掷开关实现。

恒转矩给定可由以下窗口修改设置:阶跃转矩给定可由以下窗口修改设置:Step Time为从初始状态到阶跃完成所需的时间,Initial Value为初始转矩,Final Value为阶跃后最终转矩,Sample Time为采样时间间隔。

即从图中可得出,当前转矩给定为一个从5 Nm到25 Nm的阶跃过程,直到阶跃过程结束耗时1.2s。

1.3速度控制器Speed Controller速度控制器其内部结构如下:两个输入量分别为由转速给定模块提供作为转速参考值的wref和当前速度实际值wm,得出差值通过比例积分环节,再通过Saturation限幅环节,获得输出电流值Iref。

可知该环节为PI控制环节,其内部参数主要有比例调节系数Kp和积分调节系数Ki。

可通过如下窗口修改设置:由图中可观察得该PI调节系统的系数Kp=1.6,Ki=16,Current Limit为输出电流最大限定值,设置为30A。

1.4 电流控制器Current Controller其内部结构如下:可得知该电流控制系统为滞环调节系统,其两个输入量分别为由电流给定模块提供参考电流值Iref和当前实际电流反馈值Ia,经过滞环调节,输出GTO的通断开关信号。

滞环模块的参数设置如下,可设置滞环的开关时间点和开关时各自的输出值:电流控制系统内部参数设置如下图,当Hysteresis Band滞环电流两个输入量差别超过正负2A时,输出GTO关或开信号进行调节电路。

1.5 PWM波生成模块其内部结构如下:Powersysdomain模块是一个P-code文件,具体里面的内容是看不到的,存在于matlab文件夹下。

Powersysdomain为电机三相绕组的电力电子电路,外部三相电路A、B、C只有接入这个电路才能产生三相电流,电机其他模块则是根据测到的三相电流进行变换和控制,GTO存在于该模块当中。

Model(Continuous)模块的具体结构如下:由图中可知,GTO模块以一个280V直流电压作为该模块输入阳极电压信号a,滞环控制环节输出信号作为该模块的门极触发信号g,当输入信号g为正时,输出高电平;当输入信号g为负时,输出低电平。

该模块内部参数设置如下图:Resistance Ron为晶闸管元件内电阻,Inductance Lon为晶闸管元件内电感Lon(H),Forward voltage Vf为晶闸管元件的正向管压降,Current 10% fall time为电流下降到10%的时间,Current tail time为电流拖尾时间,Initial current Ic为初始电流,Snubber resistance Rs为缓冲电阻,Snubber capacitance Cs 为缓冲电容。

1.6 直流电机模块由图可知该直流电机为一台他励直流电机,励磁电压为240V的直流电压源。

由转矩给定模块给定转矩信号,同时输出当前电流和转速的实时反馈信号。

电机的内部参数可由如下窗口设置:由图可得,可由Armature Resistance And Inductance设置电枢绕组电阻和电感,Field Resistance And Inductance设置励磁绕组的电阻和电感,Field-Armature Mutual Inductance Laf设置励磁绕组和电枢绕组的互感,Total Inertia J设置转动惯量,Viscous Friction Coefficient Bm设置粘滞摩擦系数,Coulomb Friction Torque Tf设置库仑摩擦转矩,Initial Speed为初始角速度。

则可以读取,当前电枢绕组的Ra=0.5ohms,La=0.01H,当前励磁绕组的Rf=240ohms,Lf=120H,励磁绕组和电枢绕组的互感Laf=1.23H,转动惯量J=0.05Kg.m^2等参数。

1.7 速度和电流反馈模块其内部变量如下图:由上图可知,由直流电机系统获得的可选择的反馈输入量有转速、电枢电流、励磁电流和电磁转矩,我们所选择的输出为电机转速和电枢电流。

1.8 反馈电流滤波模块其内部参数设置如下图:Numerator coefficients为分子,Denominator coefficients为分母,以此来构成过滤模块的传递函数,则此时的传递函数应为1/(s*10^(-5)+1)。

1.8 示波器模块示波器观察的输入信号为是GTO的输出PWM电压信号,电机的电枢电流和电机转速。

2.仿真结果分析(转速、转矩改变)2.1 默认参数下进行仿真(1) 恒转速、恒转矩给定如上图中,从上到下依次是GTO输出PWM波形、电枢电流波形、电机转速波形。

则可观察到,在电机启动后但转速未达到120rad/s的设定值之前,电枢电流一直处于较大的状态,使得电机转速平稳上升。

直到转速达到120rad/s后,由于电流的滞环调节与转速的PI调节均存在延迟现象,电机转速会超过120rad/s,之后电枢电流下降到一个较低的稳定值,转速也达到设定值。

在此期间,由于电流的滞环调节与转速的PI调节持续工作,GTO处于不断开通、关断的状态。

(2) 阶跃转速、恒转矩给定对比(1)情况下的波形,在电机达到120rad/s转速稳定后,再给一个阶跃信号参考转速达到160rad/s,则为了保证转速的上升,电枢电流又重新提高到较大值,该调节过程与前相近,直到转速重新在160rad/s附近平衡后,电枢电流降低到较小值。

(3) 恒转速、阶跃转矩给定与(1)中情况对比,即在转矩发生阶跃后,由于负载增大电机转速受影响下降,之后在系统的调节下回复到120rad/s的平衡状态,但是由于负载增加,电枢电流比原本状态下的电枢平衡电流大。

(4) 阶跃转速、阶跃转矩给定对比如上(1)、(2)、(3)状况,该状态下的波形近似为(2)、(3)情况时的复合。

同时,观察以上四种状况下的电枢电流波形和电机转速波形,我们可以明显看到电机转速的PI调节的效果比电流的滞环调节的效果好许多,在达到平衡之后,转速波形几乎没有波动,而电流波形一直在平衡值周围小幅振荡。

2.2 改变转速给定值后的仿真结果(1) 修改转速阶跃的给定值如下:对比原状态(4)中的波形图,转速由0升至60rad/s所需的时间明显缩短,在发生转速阶跃,由60rad/s阶跃至160rad/s,所需的调节时间明显增长。

(2) 修改转速阶跃的给定值如下:对比原状态(4)中的波形图,转速稳定在120 rad/s后,发生转速阶跃,参考转速增至200rad/s,此时所需的调节时间明显增长。

且当转速取得较大时,在负载不变的情况下,参考电流值变大,滞环上下限绝对值增大,可明显观察到电枢电流的滞环控制效果非常粗糙。

2.3 改变转矩给定值的仿真结果修改转矩阶跃的给定值如下:改变转矩阶跃的给定值,使其从5阶跃到35,观察如上波形,可看到在2.5s 时转速还未调节到给定120rad/s,仍处于下降阶段,即转速的调节至给定值的时间明显变长。

同时,由于负载的增加,转速一样时,在电机平稳后,随着转矩的增大,电枢电流也明显增大。

3.转速PI调节器参数对电机运行性能的影响(1)改变比例调节参数Kp,将其由1.6增大至16对比原始状态(4)的波形,可观察得系统的调节速度明显变快,电枢电流的波形变化近似于方波,转速达到参考值的调整时间明显缩短,且达到稳定后波形平直,稳态误差减小。

为了提高系统的静态性能指标,减少系统的静态误差,可以使Kp增大。

但是Kp增大时,系统稳态输出增大,系统响应速度和超调量也增大。

(2)改变积分调节参数Ki,减小其值由16至8对比可明显观察到系统的调节速度变慢,转速在阶跃发生后,需要更长的时间去调整到新的平衡值。

4.电流调节器改用PI调节器后的仿真此时两个PI调节器系数取值如下:对比初始状态(4)的波形图,则可得知,将电流的滞环调节器改为PI调节器之后,电枢电流的调节效果明显,当转速达到参考值稳定后,电枢电流的波动范围较滞环小了许多,接近一条光滑的曲线。

通过调节两个PI调节器的参数,能够实现更加理想的效果:5.加入位置闭环后的仿真为了加入位置闭环控制,则首先设定位置给定值为200,然后位置给定值与速度的积分值进行比较得到位置的误差输入速度控制器,以实现位置的闭环控制。

其实200本来是速度给定,但是由于与实际速度的积分做比较所以变成位置给定。

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