机电控制作业——matlab仿真——速度环仿真实验.doc

【机电控制作业——MATLAB仿真——速度环仿真实验】 MATLAB是一款强大的开发语言，尤其在控制系统设计和仿真方面有着广泛的应用。在这个机电控制作业中，我们主要关注的是基于MATLAB的Simulink环境下的速度环仿真实验。速度环是电机控制系统中的一个关键环节，它的目标是确保电机的转速能准确、快速地跟随给定信号。 **1. 比例调节器的速度环仿真** 实验中，我们构建了一个包含比例调节器的速度环模型。比例调节器(P调节器)的作用是根据输入误差与比例系数Kp的乘积来调整输出，以减小误差。在Simulink中，可以使用"Continuous-PID Controller"模块来实现P调节器。此外，模型还包含了"Integrator"（积分器）、"Transfer Fcn"（传递函数）等模块，用于系统动态响应的建模。设置P调节器的Kp为4，衰减器β为0.66，电流环增益为0.5，加速系数为830。同时，设置了运算放大器和测速发电机的饱和限制，以模拟实际硬件的约束。 通过仿真，我们可以观察到反馈电压信号、电动机电流以及电动机转速的时域响应曲线，这些曲线有助于分析系统的稳定性和动态性能。例如，反馈电压信号的时域响应曲线展示了信号如何随时间变化，反映了控制器的反应速度。 **2. 比例积分调节器（PI调节器）的速度环仿真** 进一步的实验引入了PI调节器，它结合了比例调节器的优点，同时通过积分作用消除稳态误差。PI调节器的参数包括比例系数Kp和积分时间常数Ti。通过改变这些参数，我们可以观察不同配置下的系统性能。例如，当选择不同的PI参数时，系统响应会有所不同，这可以通过比较时域响应曲线和伯德图来分析。 在MATLAB中，可以使用`tf`函数来定义传递函数，并使用`feedback`函数计算闭环传递函数，进而绘制伯德图，以分析系统的频率响应特性。通过伯德图，我们可以确定系统的闭环带宽，即系统响应频率的最大值，这直接影响着系统的响应速度和稳定性。 例如，当PI参数为(22.825, 415)时，系统的闭环带宽约为200rad/s，对应的频率约为30Hz。而改变PI参数为(4.15, 415)时，系统的闭环带宽和动态特性也将随之改变。 这个MATLAB仿真实验旨在理解和优化电机控制系统中的速度环设计，通过调整控制器参数并分析系统响应，可以深入理解控制理论和实践中的关键概念，如闭环带宽、稳定性、响应时间和动态性能。这对于机电系统控制技术的学习和工程应用至关重要。