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1、闭环控,制的直,流调速,系统及,计算机,第2章,仿真,本讲主要内容 第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,闭环控,制的直,流调速,系统及,计算机,第2章,仿真,第251讲,第2.4节 SIMULINK建模与仿真技术,小结：,1、改变示波器的采样时间(周期)可以控制仿真系统的实际仿真 用时,但不能从根本上改善仿真波形的真实性和快速性 2、封装不带参数的子系统的方法 制作子系统进入封装编辑器后仅使用了图标页 3、封装带参数的子系统的方法 制作子系统设置变量进入封装编辑器一般使用图标页和参数页 注意：1）使用子系统或子系统封装技术会影响仿真系统的实际仿真用时。 2）封装带设
2、置参数的子系统时，如果采用下拉式菜单栏进行选择 时，装入子系统的参数是选项的序号，不是选项的内容。,第2.4节 SIMULINK建模与仿真技术,小结：,1、改变示波器的采样时间(周期)可以控制仿真系统的实际仿真 用时,但不能从根本上改善仿真波形的真实性和快速性 2、封装不带参数的子系统的方法 制作子系统进入封装编辑器后仅使用了图标页 3、封装带参数的子系统的方法 制作子系统设置变量进入封装编辑器一般使用图标页和参数页 注意：1）使用子系统或子系统封装技术会影响仿真系统的实际仿真用时。 2）封装带设置参数的子系统时，如果采用下拉式菜单栏进行选择 时，装入子系统的参数是选项的序号，不是选项的内容。
3、,第2.4节 SIMULINK建模与仿真技术,此仿真电路还有一个关键的环节没有把实际电路仿真出来！什么环节呢？,第2.4节 SIMULINK建模与仿真技术,此仿真电路还有一个关键的环节没有把实际电路仿真出来！什么环节呢？,2019/5/22,7/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析,2019/5/22,8/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析,Uct,Ud=0 Ud=max,Uct=0 Uct=4,2019/5/
4、22,9/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析,2019/5/22,10/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析,2019/5/22,11/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析,2019/5/22,12/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结
5、构分析,2019/5/22,13/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析,2019/5/22,14/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析,2019/5/22,15/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析,2019/5/22,16/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系
6、统的仿真 1、仿真系统结构分析 2、电网电压发生变化,2019/5/22,17/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析 2、电网电压发生变化,2019/5/22,18/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析 2、电网电压发生变化时 3、电动机负载发生变化时,2019/5/22,19/74,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.1 单闭环调速控制系统的仿真 1、仿真系统结构分析 2、电
7、网电压发生变化时 3、电动机负载发生变化时,2019/5/22,20/74,为了满足生产工艺提出的静态指标要求，我们利用反馈定理能够构造出如下两种控制系统。,2019/5/22,21/74,为了满足单闭环调速系统的稳定条件，我们将P调节器改成了PI调节器，如图所示。,2019/5/22,22/74,为了提高电压环的抑制能力，又能减少电流正反馈的补偿程度，将带电流正反馈的电压负反馈调速系统的P调节器也改成了PI调节器。,2019/5/22,23/74,由于调速器的调节器是满足生产工艺要求、能让设计人员任意改变参数的最基础最主要的器件。,2019/5/22,24/74,由于调速器的调节器是满足生产
8、工艺要求、能让设计人员任意改变参数的最基础最主要的器件。,2019/5/22,25,在自动控制系统中经常使用的调节器就是PI调节器。 PI调节器除动态增益小，静态增益高的优点之外，它还 有什么其它特点？ PI调节器是PID调节器的一种特殊情况, 那么PID调节具有什么特点呢？,第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.2 PID调节器控制规律分析,2019/5/22,26,在自动控制系统中经常使用的调节器就是PI调节器。 PI调节器除动态增益小，静态增益高的优点之外，它还 有什么其它特点？ PI调节器是PID调节器的一种特殊情况。 那么PID调节具有什么特点呢？,
9、第2.5节 单闭环调速控制系统的仿真与PID调节器控制规律分析,2.5.2 PID调节器控制规律分析,2019/5/22,27,2.5.2 PID调节器控制规律分析,按照给定与反馈的偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D） 进行控制的调节器简称为PID调节器。实物外形如上图所示。,2019/5/22,28,2.5.2 PID调节器控制规律分析,按照给定与反馈的偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D） 进行控制的调节器简称为PID调节器。实物外形如上图所示。,2019/5/22,29,2.5.2 PID调节器控制规律分析,PID调节器的原理框图如右图所示。 PID控制是最早发展起来的控制策略之一
10、。,由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于各种领域。PID控制的最大优点是：不需要了解被控对象的精确数学模型，以靠在线修改PID调节器的参数就能使控制系统性能达到生产工艺的要求。,2019/5/22,31,其中：,2.5.2 PID调节器的控制规律分析,1、P Controller的时域表达式和控制规律 1） 原理图（如右图所示） 由原理图可得：,2019/5/22,32,其中：,2.5.2 PID调节器的控制规律分析,1、P Controller的时域表达式和控制规律 1）原理图（如下图所示） 由原理图可得：,2019/5/22,33,1、P Controller的时域表达式和控制
11、规律,2）控制规律分析 调节器仿真实验线路见下图所示,实验条件： Sine Wave (正弦波) 参数设置：默认值,y,2019/5/22,34,1、P Controller的时域表达式和控制规律,2）控制规律分析 调节器仿真实验线路见下图所示,实验条件： Switch （条件选择开关） 参数设置： Threshold=0.5,2019/5/22,35,1、P Controller的时域表达式和控制规律,2）控制规律分析 调节器仿真实验线路见下图所示,实验条件： PID Controller （PID调节器） 参数设置： P4.1；I0；D0,2019/5/22,36,1、P Controll
12、er的时域表达式和控制规律,实验条件：,Saturation （饱和限幅模块） 参数设置： 正限幅值4； 负限幅值4 注意：仿真一个实际控制系统时，饱和限幅模块一定要有。,2019/5/22,37,1、P Controller的时域表达式和控制规律,实验条件：,Mux （多信号同轴传送器） 参数设置：默认值,2019/5/22,38,1、P Controller的时域表达式和控制规律,实验条件：,Pulse Generator （脉冲发生器模块） 参数设置： Amplitude(幅值)1 period(周期)4 Pulse Width(占空比) 50 Phase delay0 (相位滞后),2
13、019/5/22,39,1、P Controller的时域表达式和控制规律,实验条件：,Scope（示波器） （脉冲发生器模块） 参数设置： Number of axes=2 (轴数2) 其它如图所示。,2019/5/22,40,1、P Controller的时域表达式和控制规律,按动系统仿真开始按钮“”后，仿真结果如图所示。,2019/5/22,41,1、P Controller的时域表达式和控制规律,按动系统仿真开始按钮“”后，仿真结果如图所示。,Uct,U,2019/5/22,42,1、P Controller的时域表达式和控制规律,按动系统仿真开始按钮“”后，仿真结果如图所示。,201
14、9/5/22,43,1、P Controller的时域表达式和控制规律,按动系统仿真开始按钮“”后，仿真结果如图所示。,控制规律： 当输入偏差U发生变化时，输出会立即产生响应，无滞后现象。但是，稳定运行时偏差U不能为零(如果为零输出也为零)，造成控制系统不能消除被反馈的物理量的稳态误差。,2019/5/22,44,1、P Controller的时域表达式和控制规律,由P调节器所构造出的调速系统都是有稳态误差的调速系统，也称为有静差调速系统。,2019/5/22,45,2、积分调节器的时域表达式和控制规律,1）原理图 由原理图(如右图所示)可得：,2019/5/22,46,2、积分调节器的时域表
15、达式和控制规律,1）原理图 由原理图(如右图所示)可得：,2019/5/22,47,2、积分调节器的时域表达式和控制规律,2）控制规律分析 实验条件 PID Controller 参数设置为：P0；I2(1/秒)或I=4或I=8；D0 其它条件与P调节器的实验条件相同。,2019/5/22,48,2、积分调节器的时域表达式和控制规律,2）控制规律分析 实验结果分析 按动系统仿真开始按钮“”后，仿真结果如图所示。,2019/5/22,49,2、积分调节器的时域表达式和控制规律,2）控制规律分析 实验结果分析 按动系统仿真开始按钮“”后，仿真结果如图所示。,2019/5/22,50,2、积分调节器
16、的时域表达式和控制规律,2）控制规律分析 实验结果分析 按动系统仿真开始按钮“”后，仿真结果如图所示。,2019/5/22,51,2、积分调节器的时域表达式和控制规律,2）控制规律分析 实验结果分析 按动系统仿真开始按钮“”后，仿真结果如图所示。,2019/5/22,52,2、积分调节器的时域表达式和控制规律,2）控制规律分析 实验结果分析 按动系统仿真开始按钮“”后，仿真结果如图所示。,2019/5/22,53,2、积分调节器的时域表达式和控制规律,2、控制规律分析 2）实验结果分析 按动系统仿真开始按钮“”后，仿真结果如图所示。,I=8(1/S),I=4(1/S),I=2(1/S),2019/5/22,54,2、积分调节器的时域表达式和控制规律,2、控制规律分析 2）实验结果分析 按动系统仿真开始按钮“”后，仿
