直流電機模型框圖如下圖所示，仿真參數為R=0.6，Tl=0.00833，Tm=0.045，Ce=0.1925。本次仿真采用算法為ode45，仿真時間5s。

?

圖1 直流電機模型

1、開環仿真：

用simulink實現上述直流電機模型，直流電壓Ud0取220V，

0~2.5s，電機空載，即Id=0；

2.5s~5s，電機滿載，即Id=55A。

畫出轉速n的波形，根據仿真結果求出空載和負載時的轉速n以及靜差率s。改變仿真算法，觀察效果（運算時間、精度等）。

??? 仿真模型圖為：

?

???? 示波器所示轉速波形為：

?

讀圖知：空載時轉速n=1143r/min，負載時轉速n=971r/min，靜差率s=15.048%

? ????改變仿真算法：

????? ①ode23???????????????????????? ②ode113

?

????? ③ode15s??????????????????????? ④ode23s

???

????? ⑤ode23t????????? ??????????????⑥ode23tb

??

改變仿真算法，轉速波形基本沒有發生變化。

2、閉環仿真：

???? 在上述仿真基礎上，添加轉速閉環控制器，轉速指令為1130rpm，

0~2.5s，電機空載，即Id=0；

2.5s~5s，電機滿載，即Id=55A。

?

圖2 轉速閉環直流電機調速控制框圖

控制器為比例環節：試取不同kp值，畫出轉速波形，求穩態時n和s并進行比較。

仿真模型圖為：

?

示波器所示轉速波形為：

?? ①Kp=0.5

?

?? 空載轉速n=816r/min，穩態時轉速n=768r/min，靜差率s=5.88%

?? ②Kp=1

?

????? 空載轉速n=948r/min，穩態時轉速n=920r/min，靜差率s=2.95%

??

?(2)控制器為比例積分環節，設計恰當的kp和kI值，并與其它不同的kp和kI值比較，畫出不同控制參數下的轉速波形，比較靜差率、超調量、響應時間和抗擾性。

??? 仿真模型圖為：

??? 示波器所示轉速波形為：

?? ① Kp=1，Ki=1

?

????? 在仿真時間內并未達到穩定狀態，有超調量

????? ② Kp=1，Ki=5

?

空載轉速n=1130r/min，穩態時轉速n=1130r/min，靜差率s=0，超調量=3.54%

閉環反饋控制系統是按被調量的偏差進行控制的系統，只要被調量出現偏差，它就會自動產生糾正偏差的作用。而轉速降落正是由負載引起的轉速偏差，顯然，閉環調速系統應該能大大減少轉速降落。

（1）控制器為比例環節時

由實驗波形可知，Kp值越大，穩定后的轉速n就越大，超調量也越大，靜差率s則越小。靜差率s反映的是閉環反饋效果，s越小，閉環反饋效果則越好，即Kp值越大，閉環反饋效果則越好。在實際中，我們希望得到的是超調量小（即希望Kp小）和閉環反饋效果好（即希望Kp大）的系統，但是這二者卻是相互矛盾的，我們只能從中選取一組最優平衡值，使得在較小超調量和較好反饋控制下系統能夠最大限度的最好工作。

（2）控制器為比例積分環節時

超調量和響應時間受Kp、Ki共同控制，在相同Kp下，Ki越大，上升速度越快，響應時間越短，超調量越大；在相同Ki下， Kp越大，上升速度越快，響應時間越短，超調量越大。即Kp*Ki的值越大，上升速度越快，響應時間越短，但是超調量越大（Kp小于1時無超調量）。

靜差率在仿真時間內為0，即實現了無靜差調速系統。

當Kp取一定值時，Ki的值在增大到一定程度時，會產生振蕩發散現象。

比較開環系統與閉環系統知，開環調速系統受到外界的干擾信號影響較閉環調速系統大；閉環系統的靜差率比開環系統的小，且帶比例放大器的反饋控制閉環調速系統是有靜差的調速系統，而采用比例積分調節器的閉環調速系統則基本上實現了無靜差調速，閉環反饋效果較好。

D17

總結

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