运动控制系统试验报告——单闭环直流调速系统
学号:0504220110
姓名:杨娟
一.实验目的:
通过实验了解单闭环直流调速系统的结构和工作原理，通过系统调试深入领会系统的动静态特性， 并掌握控制系统的调试方法。
二.实验内容及结果:
1) 转速负反馈的单闭环直流调速系统。 转速负反馈单闭环调速系统的静特性为: *IdR n?KpKsUn?IdRK*pKsUnCe(1?KpKsα/Ce)?CC(1?K)?n0cl?Δncle(1?K)?e
其中 K ?KpKsα C 为闭环系统的开环放大系数
e要求输入信号Un*为阶跃信号，初值为0，终值为30，阶跃起始时刻为0时刻；负载电流为斜坡信号，斜率为1，起始时间为0，初始输出为0。仿真时间不小于20秒。设计转速调节器的参数，使得该闭环直流调速系统为有静差系统，理想空载转速为800r/min，并计算其在Id=15时的闭环系统静态转速降落。即
nocl=800r/min，又图中给出了
Ks=30，U*
n=30V，a=0.02，Ce=0.127，代入方程得到参数
Kp=0.2419。其结构图及仿真的静特性。如下：
IdR3nPID301/0.127Un*PID Controller1KsAddXY Graph1/Ce0.02a
转速负反馈的单闭环直流调速系统的稳态结构图 转速负反馈单速度闭环调速系统的静特性
如图所示，电动机转速随着负载电流的增加线性下降，正好满足静特性方程的特点。当负载电流 Id=15时，代入静特性方程得静态转速降落为Δncl=165.4r/min 2) 电压负反馈的单闭环直流调速系统 电压负反馈单闭环调速系统的静特性为: KpKsU*npeIdaId
n?Ce(1?K)?RCe(1?K)?RCe其中K=γKpKs为闭环系统的开环放大系数。
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输入信号参数与上面的一样，同时理想空载转速nocl=800r/min，又图中给出了Ks=30，U*
n=30V，
γ=0.157，Ce=0.127，代入方程得到参数Kp=0.2419。 其结构图及仿真的静特性。如下：
IdRrec1Ra2nPID301/0.127UdUn*PID Controller1UdoKsAddAdd1XY Graph1/Ce0.157a
电压负反馈的单闭环直流调速系统的稳态结构图 电压负反馈单速度闭环调速系统的静特性
由静特性方程可以看出转速负反馈和电压负反馈的单闭环直流调速系统的静特性之间的区别： 与转速负反馈相比，电压负反馈把被反馈环内包围的整流装置的内阻等引起的静态速降减小到1/(1+K)，由电枢电阻引起的速降RdId/Ce仍和开环系统一样。电压负反馈实际上是一个自动调压系统，扰动量RdId不在反馈环包围之内。同样由电动机励磁变化所造成的扰动，电压反馈也无法克服。因此，电压负反馈系统的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差一些。两次实验的静特性仿真图比较。与理论相符。可见，与转速负反馈相比，同样参数的的电压负反馈系统的静特性曲线的下降速度更快，即其机械特性较软。
3) 单闭环直流调速系统的动态性能分析。
输入信号Un*为阶跃信号，初值为0，终值为7，阶跃起始时刻为0时刻；干扰信号Idl为阶跃信号，初值为2，终值为8，阶跃起始时刻为4。仿真时间不小于8秒。设计速度控制器ASR，控制器考虑限幅，ASR限幅±7，要求系统输出量转速n的响应调节时间小于3秒，超调量小于10%，系统无静差；设置控制器ASR 的参数Kp=18，Ki=0.1，限幅为7V。Un*=7V。
1Out1dUnUctnIdLto workpace22500EUn*3011.9212000PID0.005s+10.12s+1.920.266s0.0458SubtractPID ControllerSaturation1Ks/(TsS+1)Subtract11/R(TlS+1)Subtract2R/TmS1/Cen1500UdUnTo WorkspaceUd1000To Workspace1id10.003500Gaint0012345Clocktime
单闭环调速系统的动态性能分析结构图 单闭环调速系统静态特性曲线 动态特性分析
可以局部放大起始和干扰时刻的特性曲线分析求解。
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250024502400240023002350220023002100225020002200190021501800210000.511.522.544.24.44.64.85
起始时刻，启动分析 对4s时干扰的动态调整
转速稳定时为2270r/min，启动时转速调整时间约为1.5s，满足系统转速n调整时间小于3s的要求。超调量为9.25%，满足超调小于10%的要求。当4s时加入干扰信号时，系统调整时间约为0.8s，满足调整时间小于3s的要求。并且从图中可以看出系统无静差。 其余各项性能指标的仿真曲线如下
88766452403-221-40-6-1012345678910-8012345678910
误差Udn
控制器ASR输出量Uct
81007806605404203021-200-40-1012345678910-60012345678910
电流Id1 控制器ACR输出量Ud
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