武漢工程大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告-數(shù)字仿真

1、武漢工程大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：課程名稱(chēng)：控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 指導(dǎo)老師： 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：Matlab的基本操作與編程一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）熟悉MATLAB軟件的運(yùn)行環(huán)境和基本操作2）掌握MATLAB矩陣的輸入方式、元素的提取與組合3）掌握數(shù)值運(yùn)算。4）掌握MATLAB軟件的繪圖功能5）掌握M函數(shù)的編寫(xiě)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1）啟動(dòng)MATLAB軟件，觀察其界面組成及操作方法，了解各部分的功能2）使用基本的MATLAB命令，并觀察記錄執(zhí)行結(jié)果幫助、查詢信息類(lèi)命令：Demo、help、who、whos顯示、記錄格式等命令：clc、clear、format嘗試一下其他的命令（dos命令）3

2、）生成一個(gè)5階魔方矩陣，并提取其第（3、4、5）行，第（2、3、4）列構(gòu)成的新的矩陣5）用命令行方式求解下式的值（提示使用syms x 定義一個(gè)符號(hào)，使用limit函數(shù)）6）MATLAB的繪圖二維繪圖命令plot：畫(huà)出在上的圖形三維繪圖命令plot3： 畫(huà)出三維螺旋線，的圖形mesh命令：繪制，在，區(qū)間的曲面7）編寫(xiě)M函數(shù)利用程序流程控制語(yǔ)句編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)myfactorial（n），實(shí)現(xiàn)n?。A乘）。要求使用help命令可以列出相關(guān)的幫助信息。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2、Demohelp3、（1）實(shí)驗(yàn)程序：a=magic(5)運(yùn)行結(jié)果：a = 17 24 1 8 15 23 5 7 14 16 4

3、6 13 20 22 10 12 19 21 311 18 25 2 9（2）實(shí)驗(yàn)程序：a(3:5,2:4)運(yùn)行結(jié)果：ans = 6 13 20 12 19 21 18 25 25、實(shí)驗(yàn)程序：syms x; limit(cos(x)-exp(x*x/2)/2)/4) 運(yùn)行結(jié)果：ans = 1/86、 （1）實(shí)驗(yàn)程序：x = 0 : pi/20 : 2*pi;y = sin(x);plot(x, y); 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（2）實(shí)驗(yàn)程序：x = 0 : pi/20 : 2*pi;y = sin(x);plot(x, y);x=sin(t); x=sin(t); y=cos(t);t=0:pi/20:2*

4、pi;plot3(x,y,t);實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)程序：x=-5:0.5:5;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);R=(X.2+Y.2)/(-1)*4);Z=exp(R);surf(X,Y,Z)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：7、實(shí)驗(yàn)程序： functionx=myfactorial(n) x=1;for a=1:n; x=x*a;end運(yùn)行舉例： myfactorial(2)ans = 2 武漢工程大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)班級(jí)：09過(guò)程自動(dòng)化01班姓名：陳雙學(xué)號(hào)：0904160102課程名稱(chēng)：控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 指導(dǎo)老師： 王利恒 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：典型閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)字仿真及計(jì)算機(jī)解題一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）熟悉典型

5、閉環(huán)的仿真過(guò)程2）掌握MATLAB編程實(shí)現(xiàn)典型閉環(huán)環(huán)節(jié)仿真3）利用典型閉環(huán)環(huán)節(jié)仿真程序解題。4）掌握MATLAB下對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域、頻域和根軌跡的分析二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1）編寫(xiě)典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)函數(shù)典型環(huán)節(jié)沖擊響應(yīng)函數(shù)function yout,t = my_step(num,den,v,t0,tf,h,R,n)輸入?yún)?shù)：num：傳遞函數(shù)的分子系數(shù)向量den：傳遞函數(shù)的分母系數(shù)向量v：反饋比例系數(shù)t0：仿真起始時(shí)間tf：仿真終止時(shí)間h：仿真步長(zhǎng)R:階躍幅值n:系統(tǒng)階次輸出參數(shù)：yout：響應(yīng)輸出t：時(shí)間向量2）用上述函數(shù)分析以下系統(tǒng)，同時(shí)用simulink分析該系統(tǒng)，并比較其結(jié)果。3）被控對(duì)象的傳

6、遞函數(shù)為，用simulin建模并分析其單位階躍響應(yīng)。用MATLAB命令繪出其伯德圖和根軌跡圖。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2) 結(jié)果：3）仿真結(jié)果：Bode num=0,0,0,400; den=1,30,200,0; bode(num,den)根軌跡 num=0,0,0,400; den=1,30,200,0; rlocus(num,den)武漢工程大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)班級(jí)：09過(guò)程自動(dòng)化01班姓名：陳雙學(xué)號(hào)：0904160102課程名稱(chēng)：控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 指導(dǎo)老師：王利恒 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：雙閉環(huán)控制直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏煜atlab/Simulink仿真環(huán)境；掌握

7、Simulink圖形化建模方法；驗(yàn)證 “直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/電流雙閉環(huán)PID控制方案”的有效性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（詳見(jiàn)后面的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)）“雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)”的建模電流環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)跟隨性能仿真實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)抗擾性能仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析（給出仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果的對(duì)比分析結(jié)論）實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分 1、“雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)”的建模仿真波形2、電流環(huán)模型及其環(huán)動(dòng)態(tài)跟隨性能仿真實(shí)驗(yàn)伯德圖num,den=linmod(current_loop)sys=tf(num,den)margin(sys)mag,phase,w=bode(sys);奈奎斯特圖num,den=lin

8、mod(current_loop)sys=tf(num,den)margin(sys)gm,pm,wcg,wcp=margin(mag,phase,w)Nyquist(sys)階躍響應(yīng)曲線num,den=linmod(current_loop)sys=tf(num,den)margin(sys)Step(sys)運(yùn)行程序得到相關(guān)參數(shù)：Transfer function:- gm =pm =wcg =wcp =3、轉(zhuǎn)速環(huán)建模及其抗干擾性能仿真模型仿真波形參考文獻(xiàn)： 1 張曉華 主編 控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD 第2版 機(jī)械工業(yè)出版社 20052 陳伯時(shí) 主編 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 第2版 機(jī)械工業(yè)

9、出版社 2001 附件：“雙閉環(huán)控制直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)”數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜atlab/Simulink仿真環(huán)境；掌握Simulink圖形化建模方法；驗(yàn)證 “直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/電流雙閉環(huán)PID控制方案”的有效性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容“雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)”的建模電流環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)跟隨性能仿真實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)抗擾性能仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析（給出仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果的對(duì)比分析結(jié)論）實(shí)驗(yàn)步驟1、系統(tǒng)建模A控制對(duì)象的建模建立線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基本步驟如下：（1）根據(jù)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的物理定律，列寫(xiě)描述據(jù)該環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)過(guò)程的微分方程；（2）求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；（3）組成系

10、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。下面分別建立雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的微分方程和傳遞函數(shù)。B額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型圖1給出了額定勵(lì)磁下他勵(lì)直流電機(jī)的等效電路，其中電樞回路電阻R和電感L包含整流裝置內(nèi)阻和平波電抗器電阻與電感在內(nèi)，規(guī)定的正方向如圖所示。圖1 直流電動(dòng)機(jī)等效電路由圖1可列出微分方程如下： （主電路，假定電流連續(xù)） （額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)） （牛頓動(dòng)力學(xué)定律，忽略粘性摩擦） （額定勵(lì)磁下的電磁轉(zhuǎn)矩）定義下列時(shí)間常數(shù)：電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)，單位為s；電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)，單位為s；代入微分方程，并整理后得： 式中，負(fù)載電流。在零初始條件下，取等式兩側(cè)得拉氏變換，得電

11、壓與電流間的傳遞函數(shù) （1）電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù)為 （2） a) b)c)圖2 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖a) 式（1）的結(jié)構(gòu)圖 b)式（2）的結(jié)構(gòu)圖c)整個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖C晶閘管觸發(fā)和整流裝置的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在分析系統(tǒng)時(shí)我們往往把它們當(dāng)作一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)看待。這一環(huán)節(jié)的輸入量是觸發(fā)電路的控制電壓Uct，輸出量是理想空載整流電壓Ud0。把它們之間的放大系數(shù)Ks看成常數(shù)，晶閘管觸發(fā)與整流裝置可以看成是一個(gè)具有純滯后的放大環(huán)節(jié)，其滯后作用是由晶閘管裝置的失控時(shí)間引起的。下面列出不同整流電路的平均失控時(shí)間：表1 各種整流電路的平均失控時(shí)間（f=50Hz）整流電路形式平均失控時(shí)間Ts/ms單

12、相半波10單相橋式（全波）5三相全波三相橋式，六相半波用單位階躍函數(shù)來(lái)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)和整流裝置的輸入輸出關(guān)系為按拉氏變換的位移定理，則傳遞函數(shù)為 （3）由于式（3）中含有指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)成為非最小相位系統(tǒng)，分析和設(shè)計(jì)都比較麻煩。為了簡(jiǎn)化，先將按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)，則式（3）變成考慮到Ts很小，忽略其高次項(xiàng)，則晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)可近似成一階慣性環(huán)節(jié) （4）其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。b)圖3 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖a) 準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)圖 b)近似的結(jié)構(gòu)圖D比例放大器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和電流互感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型比例放大器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和電流互感器的響應(yīng)都可以認(rèn)為是瞬時(shí)的，因此它們的放大系數(shù)也

13、就是它們的傳遞函數(shù)，即 （5） （6） （7）E雙閉環(huán)控制直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型根據(jù)以上分析，可得雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖4 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)中采用三相橋式晶閘管整流裝置，基本參數(shù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：220V，1480r/min，（r/min）， 允許過(guò)載倍數(shù)。晶閘管裝置：。電樞回路總電阻：R。時(shí)間常數(shù)：，。反饋系數(shù)：（r/min），。反饋濾波時(shí)間常數(shù)：，。3.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)多閉環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展。在這里是：先從電流環(huán)入手，首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)

14、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖繪于圖5，它增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定濾波環(huán)節(jié)。其中Toi為電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)，Ton為轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)圖5 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（1）電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)對(duì)于電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)，電流環(huán)通常按典型型系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)。要把內(nèi)環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，顯然應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成 （8）式中 Ki電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)對(duì)消掉控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)（極點(diǎn)），選擇 （9）一般情況下，希望超調(diào)量%5%時(shí)，取阻尼比，得：，（） （10）又因?yàn)?（11）得到 （12）（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)對(duì)于電力拖

15、動(dòng)控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速環(huán)通常希望具有良好的抗擾性能，因此我們要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型型系統(tǒng)。要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 （13）式中 Kn電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益 （14）按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)選擇方法，（） （15） （16）考慮到式（14）和（15），得到ASR的比例系數(shù) （17）一般以選擇h=5為好所以： ， （18）經(jīng)過(guò)如上設(shè)計(jì),得到的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)從理論上講有如下動(dòng)態(tài)性能：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中電流的超調(diào)量為4.3%，轉(zhuǎn)速的超調(diào)量為8.3%。（3）ACR和ASR的理論設(shè)計(jì)及結(jié)果電流環(huán)的設(shè)計(jì)電流環(huán)的設(shè)計(jì)具體設(shè)計(jì)步驟如下：a，

16、確定時(shí)間常數(shù)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts按表1，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts。電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)取。b，選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)電流調(diào)節(jié)器選擇PI型，其傳遞函數(shù)為 （19）c，選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)ACR超前時(shí)間常數(shù)：。ACR的比例系數(shù)為 （20）d，校驗(yàn)近似條件由電流環(huán)截止頻率，晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件，忽略反電勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件，小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件等考慮得電流調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 （21）轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)具體設(shè)計(jì)步驟如下：a，確定時(shí)間常數(shù)按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。b，選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)要求無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求，應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故AS

17、R選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 （22）c，選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按典型型系統(tǒng)最佳參數(shù)的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益 于是，ASR的比例系數(shù)為d，校驗(yàn)近似條件從轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率，電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件，小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件等考慮得：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 （23）ASR輸出限幅值的確定當(dāng)ASR輸出達(dá)到限幅值U*im，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) （24）式中，最大電流Idm是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。在這里，我們選取Idm=20A，那么ASR輸出限幅值為 （25）4、S

18、IMULINK建模我們借助SIMULINK，根據(jù)上節(jié)理論計(jì)算得到的參數(shù)，可得雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（1）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的simulink建模啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，進(jìn)入MATLAB系統(tǒng)檢查計(jì)算機(jī)電源是否已經(jīng)連接，插座開(kāi)關(guān)是否打開(kāi)，確定計(jì)算機(jī)已接通，按下計(jì)算機(jī)電壓按鈕，打開(kāi)顯示器開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)。打開(kāi)Windows開(kāi)始菜單，選擇程序，選擇MATAB，選擇并點(diǎn)擊MATAB6.5.1，啟動(dòng)MATAB程序，如圖8，點(diǎn)擊后得到下圖9：圖8選擇MATAB程序圖9 MATAB界面點(diǎn)擊smulink 中的continuous,選擇transfor Fcn（傳遞函數(shù)）就可以編輯系

19、統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型了，如圖10。圖10 smulink界面系統(tǒng)設(shè)置選擇smulink界面左上角的白色圖標(biāo)既建立了一個(gè)新的simulink模型，系統(tǒng)地仿真與驗(yàn)證將在這個(gè)新模型中完成，可以看到在simulink目錄下還有很多的子目錄，里面有許多我們這個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)中要用的模塊，這里不再一一介紹，自介紹最重要的傳遞函數(shù)模塊的設(shè)置，其他所需模塊參數(shù)的攝制過(guò)程與之類(lèi)似。將transfor Fcn（傳遞函數(shù)）模塊用鼠標(biāo)左鍵拖入新模型后雙擊transfor Fcn（傳遞函數(shù)）模塊得到圖11，開(kāi)始編輯此模塊的屬性。圖11參數(shù)表與模型建立參數(shù)對(duì)話欄第一和第二項(xiàng)就是我們需要設(shè)置的傳遞函數(shù)的分子與分母，如我們需要設(shè)置電流

20、環(huán)的控制器的傳遞函數(shù)：，這在對(duì)話欄的第一欄寫(xiě)如：0.018 1，第二欄為：0.062 0。點(diǎn)擊OK，參數(shù)設(shè)置完成。如圖12。圖12傳遞函數(shù)參數(shù)設(shè)置設(shè)置完所有模塊的參數(shù)后將模塊連接起來(lái)既得到圖7所示的系統(tǒng)仿真模型。在這里需要注意的是，當(dāng)我們按照理論設(shè)計(jì)的仿真模型得到的實(shí)驗(yàn)波形與理想的波形有很大的出入。圖13為按照理論設(shè)計(jì)得到的轉(zhuǎn)速輸出波形。圖13理論設(shè)計(jì)條件下輸出轉(zhuǎn)速曲線從圖13中可以清楚地看出，輸出轉(zhuǎn)速有很大的超調(diào)，最大可達(dá)83.3%，調(diào)整時(shí)間達(dá)之久，這是我們所不能接受的。實(shí)踐表明：應(yīng)用這些工程設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器參數(shù)，其實(shí)際電流特性與預(yù)期的比較接近。但是，由于這兩種設(shè)計(jì)方法從理論上來(lái)講都

21、只適用于零初始條件下對(duì)線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此，對(duì)于含有非線性環(huán)節(jié)的可控硅調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，理論和實(shí)際的矛盾比較突出。在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程的大部分時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速器處于飽和限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單環(huán)系統(tǒng)。因而轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)一定有超調(diào)，只是在轉(zhuǎn)速超調(diào)后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退出飽和，才真正發(fā)揮線性調(diào)節(jié)的作用。從另一個(gè)角度上看，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器起著飽和的非線性控制作用，只有這樣，才能保證內(nèi)環(huán)的恒值調(diào)節(jié)。所以可以看出，上述的很大的轉(zhuǎn)速超調(diào)是因?yàn)槲覀冇昧肆愠跏紬l件下線性控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了具有非線性環(huán)節(jié)的速度環(huán)參數(shù)的結(jié)果。因此，速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際調(diào)試結(jié)果相差比較大，使系統(tǒng)對(duì)負(fù)載擾動(dòng)引

22、起的動(dòng)態(tài)速降（升）缺乏有效的抑制能力，存在起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中超調(diào)量大，突加（減）負(fù)載時(shí)，動(dòng)態(tài)速降（升）大等缺點(diǎn)。所以，我們對(duì)ACR和ASR的參數(shù)進(jìn)行整定，特別是速度控制器的參數(shù)。我們就對(duì)其作出了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將速度控制器的傳遞函數(shù)改成，將電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)改為。當(dāng)然，這是需要時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)的。修正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖14 修正后的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖仿真參數(shù)的配置這里我們僅就需要用到的參數(shù)設(shè)定方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹點(diǎn)擊你所建立的模型的窗口上方simulink 菜單選擇simulation parameters,如圖15。圖15 simulink參數(shù)選擇Simulink默認(rèn)的仿真時(shí)間是10

23、秒，但是在進(jìn)行實(shí)際的仿真時(shí)可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間，可以在模型編輯窗中執(zhí)行“Simulink”/“Simulink Parameters”菜單命令，或者按下快捷鍵“Ctrl+E”，打開(kāi)Simulink仿真參數(shù)配置對(duì)話框，如圖16所示：圖16 仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框a，“Simulink time”選項(xiàng)區(qū)域在“Simulink time”選項(xiàng)區(qū)域中通過(guò)設(shè)定“Start time（仿真開(kāi)始時(shí)間）”和“Stop time（仿真結(jié)束時(shí)間）”2個(gè)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真時(shí)間的設(shè)定。b，“Solver options”選項(xiàng)區(qū)域仿真解法大體上分為2類(lèi)：變步長(zhǎng)仿真解法和定步長(zhǎng)仿真解法。變步長(zhǎng)仿真解法采用變步長(zhǎng)解法時(shí)，Simu

24、link會(huì)在保證仿真精度的前提下，從盡可能節(jié)約仿真時(shí)間的目的出發(fā)對(duì)仿真步長(zhǎng)進(jìn)行相應(yīng)改變。此時(shí)需要設(shè)定：Max step size（最大步長(zhǎng)）、Min step size（最小步長(zhǎng)）、Initial step size（初始步長(zhǎng)）和誤差限，通常誤差限由Relative tolerance（相對(duì)誤差）和Absolute tolerance（絕對(duì)誤差）兩個(gè)參數(shù)來(lái)設(shè)置。每個(gè)狀態(tài)的誤差限有著兩個(gè)參數(shù)和狀態(tài)本身共同決定。Simulink提供的主要變步長(zhǎng)解法包括：discrete(no continuous states)：針對(duì)無(wú)連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)特殊解法；ode45(Dormand-Prince)：基于Dorm

25、and-Prince4-5階的Runge-Kutta公式；ode23(Bogacki-Shampine)：基于Bogacki-Shampine2-3階的Runge-Kutta公式；ode113(Adams)：變階次的Adams-Bashforth-Moulton解法；ode15s(stiff/NDF)：剛性系統(tǒng)的變階次多步解法；ode23s(stiff/Mod.Rosenbrock)：剛性系統(tǒng)固定階次的單步解法。當(dāng)模型中有連續(xù)狀態(tài)時(shí)，Simulink的默認(rèn)解法是ode45，這也是通常情況下最好的解法，是仿真的首選。當(dāng)用戶知道系統(tǒng)是一個(gè)剛性系統(tǒng)（剛性系統(tǒng)是指同時(shí)包含了快變環(huán)節(jié)和慢變環(huán)節(jié)的系統(tǒng)），

26、且解法ode45不能得到滿意的結(jié)果，則可以考慮試試ode15s。當(dāng)模型中沒(méi)有連續(xù)狀態(tài)時(shí)，Simulink則默認(rèn)使用discrete解法，這是針對(duì)無(wú)連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)特殊解法。（2）定步長(zhǎng)仿真解法采用定步長(zhǎng)解法，用戶需要設(shè)定：固定步長(zhǎng)（Fixed step size）和模式（mode）。其中，模式包括多任務(wù)（MultiTasking）模式和單任務(wù)（SingleTasking）模式。當(dāng)選擇MultiTasking模式時(shí)，Simulink會(huì)對(duì)不同模塊間是否存在速率轉(zhuǎn)換進(jìn)行檢查，當(dāng)不同采樣速率的模塊直接相連時(shí)會(huì)給出錯(cuò)誤提示；當(dāng)選擇SingleTasking模式時(shí)則不會(huì)。此外，用戶還可以選擇Auto模式，此時(shí)

27、Simulink會(huì)根據(jù)模型中各模塊速率是否一致決定使用SingleTasking模式工作還是MultiTasking模式工作。Simulink提供的定步長(zhǎng)解法包括：discrete(no continuous states)：針對(duì)無(wú)連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)特殊解法；ode5(Dormand-Prince)：ode45的確定步長(zhǎng)的函數(shù)解法；ode4(Runge-Kutta)：使用固定步長(zhǎng)的經(jīng)典4階Runge-Kutta公式的函數(shù)解法；ode3(Bogacki-Shampine)：ode23的確定步長(zhǎng)的函數(shù)解法；ode2(Heun)：使用固定步長(zhǎng)的經(jīng)典2階Runge-Kutta公式的函數(shù)解法，也稱(chēng)Heun解法

28、；ode1 (Euler)：固定步長(zhǎng)的Euler方法。一般來(lái)說(shuō)，變步長(zhǎng)解法已經(jīng)能夠把積分段分的足夠細(xì)，并不需要使用固定步長(zhǎng)算法來(lái)獲得解的光滑曲線。 仿真步長(zhǎng)與精度的關(guān)系為了有效地對(duì)連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真，必須針對(duì)具體問(wèn)題，合理選擇算法和計(jì)算步長(zhǎng)。這些問(wèn)題比較復(fù)雜，涉及的因素也比較多，而且直接影響到數(shù)值解的精度、速度和可靠性。能夠做到十分合理地選擇算法和步長(zhǎng)并不是一件簡(jiǎn)單的事情，因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)是千變?nèi)f化的，所以至今尚無(wú)一種具體的、確定的、通用的方法。一般來(lái)說(shuō)應(yīng)該考慮以下因素：方法本身的復(fù)雜程度，計(jì)算量和誤差的大小，步長(zhǎng)和易調(diào)整性以及系統(tǒng)本身的剛性程度等。a，精度要求影響數(shù)值積分精度的因素包括截?cái)嗾`差

29、（同積分方法、方法階次、步長(zhǎng)大小等因素有關(guān)），舍入誤差（同計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)、步長(zhǎng)大小、程序編碼質(zhì)量等等因素有關(guān)），初始誤差（由初始值準(zhǔn)確程度確定）。當(dāng)步長(zhǎng)h取定時(shí)，算法階次越高，截?cái)嗾`差越小；當(dāng)算法階次取定后，多不法精度比單步法高，隱式精度比顯式的高。當(dāng)要求高精度仿真時(shí)，可采用高階的隱式多步法，并取較小的步長(zhǎng)。但步長(zhǎng)h不能太小，因?yàn)椴介L(zhǎng)太小會(huì)增加迭代次數(shù)，增加計(jì)算量，同時(shí)也會(huì)加大舍入誤差和積累誤差。總之，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)視仿真精度要求合理地選擇方法和階次，并非階次越高，步長(zhǎng)越小越好。b，計(jì)算速度計(jì)算速度主要取決于每步積分所花費(fèi)的時(shí)間及積分的總次數(shù)，每步計(jì)算量同具體的積分方法有關(guān)。它主要取決于導(dǎo)函數(shù)的復(fù)雜

30、程度，以及每步積分應(yīng)計(jì)算導(dǎo)函數(shù)的次數(shù)。為了提高仿真速度，在積分方法選定的前提下，應(yīng)在保證精度的前提下盡可能加大仿真步長(zhǎng)，以縮短仿真時(shí)間。綜上所述，我們采用Simulink的默認(rèn)的ode45變步長(zhǎng)仿真解法，從后面的仿真結(jié)果可以會(huì)看出，效果是能夠令人滿意的。5、電流環(huán)跟隨性能仿真實(shí)驗(yàn)如上文所述：電流環(huán)的作用就是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，在突加控制作用時(shí)不希望有超調(diào)，或者超調(diào)量越小越好。這就需要我們對(duì)電流環(huán)的跟隨性能加以分析。將電流環(huán)從系統(tǒng)中分離出來(lái)（將電樞電壓對(duì)電流環(huán)影響看成是擾動(dòng)），電流環(huán)的模型如圖17所示。圖17電流環(huán)模型通過(guò)如下命令可以得到電流環(huán)的bode圖和nyquist圖以及

31、電流環(huán)的單位階躍響應(yīng)。num,den=linmod(current_loop)sys=tf(num,den)margin(sys)mag,phase,w=bode(sys);gm,pm,wcg,wcp=margin(mag,phase,w)Nyquist(sys)Step(sys)我們還可以得到以下的數(shù)據(jù):gm =pm =wcg =wcp =剪切頻率c=163.7923rad/s；相角相對(duì)裕度9；-穿越頻率h圖18電流環(huán)的bode圖圖19電流環(huán)的nyquist圖圖20電流環(huán)的單位階躍響應(yīng)Transfer function:- gm =pm =wcg =wcp =從圖18與19種可以看出我們?cè)O(shè)計(jì)的電流環(huán)控制器是正確的，電流環(huán)是穩(wěn)定的，根據(jù)剪切頻率就可以看出電流的響應(yīng)很快，即跟隨性很好。從圖20中可以更直接的看到這一點(diǎn)。在圖20中還可以看出電流環(huán)的超調(diào)