工业大学本科毕业设计（论文）

第4章 调速系统性能指标的数字仿真

4.1 基于工程设计法的数字仿真

4.1.1 双闭环调速系统的动态结构图

在第4章基于工程设计方法中, 我们已经设计出了双闭环直流调速系统,并得到以下参数 直流电动机：

Unom=220V Inom=15.6A nnom=1500r/min Ce=0.129V/rpm；

电动机总飞轮矩：GD2?0.5932Kg?m2 主回路总电阻：R=3.11Ω ks?40

Ts=0.0017s Toi=0.005s Tl=0.02398s Ton=0.01s,Tm=0.30460s；

反馈系数：α=0.0053V/rpm β=0.342V/A

应用MATLAB工具箱及其SIMULINK仿真工具，按其规则，可以非常方便的绘制出控制系统的SIMULINK动态结构图以及各种仿真曲线。首先应对图2-4所示系统建立相应的数学模型，其仿真结构图如图5-1所示。

图4-1 双闭环调速系统仿真结构图

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必须指出，该动态结构图及其仿真是在忽略系统主要部件的一些次要因素及将非线性特性视作线性的条件下做出的。例如，额定励磁下的直流电动机忽略磁化曲线的非线性；忽略晶闸管触发与整流装置的非线性并将其滞后环节近似为惯性环节等。另外，为了和工程实际情况相一致，其中ASR与ACR的参数在理论设计的基础上已作适当调整。在仿真结果中可以分别得到该系统ASR的输出与电动机的转速，ACR的输出与电动机电流在启动过程中的动态特性仿真结果。

4.1.2 时域分析

在SIMULINK工具箱中点击启动键, scope中即可见时域响应图.。双闭环调速系统的起动过程如图5－2所示

图4－2 双闭环调速系统的起动过程

通过对仿真结果的分析，双闭环调速系统的工作过程可概括为如下几点:

1) ASR从起动到稳速运行的过程中经历了两个状态，及饱和限幅输出与线性调节状态。

2) ACR从启动到稳态运行的过程中只工作在一种状态，即线性调节状

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态。

3) 所设计系统的电动机起动特性已十分接近理想特性。所以，该系统设对于起动特性来说，已达到预期目的。

4) 对于系统的性能指标来说，从仿真图中的Scope2可知：起动过程中电流的超调量为6.9%。h为5*7=35时, 转速的超调量达45.6%。h为5*12=60时，转速的超调量达30.2%。显然这一指标与理论最佳设计尚有一定差距，尤其是转速的超调量略高一些。

4.1.3 存在问题分析

4.2 本章小结

本章主要应用MATLAB软件对双闭环直流调速系统进行时域及频域的仿真实验，分别得出了系统的起动过程时域响应图，以及频域的BODE图。从仿真结果我们可以看到：仿真结果与理论设计具有一定的差距，比如

1．电流动态响应的超调量σi%=6.9%(理论值为4.3%)；

2．转速动态响应超调量为45.6%(要求值为10%)； 3． ASR与ACR的参数与理论设计值也有差距。

出现这些差距的原因是由于设计方法考虑了理论分析与设计的简便性，对双闭环调速系统做了一些简化处理。这里的简化主要是将非线性问题做线性化处理.如滞后环节近似为一阶惯性。

这些近似问题在仿真中并没有完全采用，而是从实际情况出发等效的,如ASR的输出就引入了饱和非线性环节。正是由于理论分析的近似与仿真实验的不完全近似才带来的结果上的差距。

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结 论

本设计――“双闭环直流调速系统的工程设计” ，对于给定的DJDK－1型电力电子技术及电机控制实验装置，测定直流电动机的各项电气参数和时间常数，并应用经典控制理论的工程设计方法设计转速和电流双闭环直流调速系统，最后应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。

对于给定直流拖动控制系统在经典控制理论工程计算的基础上，在完成参数测定后，应用双闭环直流调速系统工程设计方法设计了主电路、电流环和转速环，并应用MATLAB语言中的SIMULINK工具箱对系统进行了仿真，看到了理论设计与仿真结果的差异，通过对仿真结果的分析，进一步了解了工程设计方法中的近似环节给系统带来的影响，认识到了理论设计和工程计算的不同。

仿真部分，运用了MATLAB语言，掌握了语言的基本操作，并着重学习了SIMULINK工具箱。运用SIMULINK工具箱对系统进行了仿真，得到了系统的动态响应曲线及其它各种线性分析曲线。

纵观整个设计，经典部分是已学过的知识，通过毕业设计深入理解了工程设计方法，扩展了知识面，各门课程综合应用，收益颇多，使我对直流调速系统的控制有了更深的认识。但由于理论水平有限，仍有许多不足之处有待解决。

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致 谢

首先要感谢我的指导老师—齐伯文老师。在他的悉心指导下，我才得以顺利的完成本次毕业设计。他从最初就为我们制定了周密科学的工作任务安排，每次都很认真的查看我们的工作日志完成情况，对于我们的提问也总给予耐心的解答。这对于我的工作，既是鼓励，又是鞭策。

我还要感谢同组的 和 同学，跟他们一起讨论相关的课题，使我的思路得以极大的开阔，并能发现自己在某些内容上的欠缺。另外，我也深深的感受到了同学间的互相帮助和友谊。这也是我顺利完成毕业设计的一大动力。

还有许多在论文完成过程中给予我帮助的人，在此不一一列举了，一并表示最衷心的感谢。

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参考文献

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8 William L.Brogan, Ph.D. Modern Control Theory．NewJersey：

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