電力拖動自動控制系統(tǒng)Matlab仿真實驗報告

1、實驗一二極管單相整流電路一. 【實驗?zāi)康摹?. 通過對二極管單柑整流電路的仿真，掌握由電路原理圖轉(zhuǎn)換成仿真電路的基本知識;2. 通過實驗進(jìn)一步加深理解二極管單向?qū)ǖ奶匦浴 Single pnase.rectifierFile Edit View Simulation Format Tools HelpD|QGI簡飛跆念|3 今|qa|» |T1 |Mermal| 匡彥 峰風(fēng)園®Continuouspo/rgul圖1-1 二極管單相整流電路仿真模型圖二. 【實驗步驟和內(nèi)容】1. 仿真模型的建立 打開模型編輯窗口; 復(fù)制相關(guān)模塊： 修改模塊參數(shù)： 模塊連接：2. 仿真模型的

2、運行仿真過程的啟動；仿真參數(shù)的設(shè)置：3. 觀察整流輸出電壓、電流波形并作比較，如圖1-2、1-3、1-4所示。三. 【實驗總結(jié)】由于負(fù)載為純阻性，故輸出電斥與電流同相位，即波形相同，但幅值不等，如圖1-4所示。Q Scope. I U© a igp pQ Scopel二叵ISi |Q£ Q |吵碼咼 A垢 爼圖2整流電壓輸出波形圖圖13整流電流輸出波形圖圖4 整形電壓、電流輸出波形圖Autos cal e實驗二三相橋式半控整流電路一.【實驗?zāi)康摹?. 通過對三相橋式半控整流電路的仿真，掌握由電路原理圖轉(zhuǎn)換成仿真電路的基本知識；2. 研究三相橋式半控整流電路整流的工作原理和全

3、過程。二.【實驗步驟和內(nèi)容】1. 仿真模型的建立：打開模型編輯窗口，復(fù)制相關(guān)模塊，修改模塊參數(shù)，模塊連接。2. 仿真模型的運行：仿真過程的啟動，仿真參數(shù)的設(shè)置。相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置：(1) 交流電壓源參數(shù)UJOOV, f=25Hz,三相電源相位依次延遲120。(2) 晶閘管參數(shù) Rn=0.001 Q , Lon=0.000 1H, Vf=0 V, Rs=50 Q , Cs=250e-6 Fo(3) 負(fù)載參數(shù) RTO Q, L=OH, C=info(4)脈沖發(fā)生器的振幅為5 V,周期為0.04 s (即頻率為25 Hz),脈沖寬度為2?！?binkong *Filo Edit View Simuhti

4、cn Formot Too s Help刁I v島ta自一氏國探ubcL QB； U電汙 |a - I |Io圖2-1三相橋式半控整流電路仿真模型圖當(dāng)a =0° 時，設(shè)為 0.003 3s, 0.016 6s, 0. 029 9 s。5eE4 0圖2-3 a =60°整流輸出電壓等波形圖三【實驗總結(jié)】三相可控整流電路中，最基本的是三相半波可控整流電路，應(yīng)用最為廣泛 的是三相橋式全控整流電路、雙反星形可控整流電路以及十二脈波可控幣流電路 等，均可在三相半波的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。在電阻負(fù)載時，當(dāng)a <30°,負(fù)載電流 連續(xù)（其«=0 5最大）；當(dāng)«

5、;>30負(fù)載電流斷續(xù)，電阻負(fù)載時a角的移相 范用為0150° ,阻感負(fù)載時a角的移相范圍為090° o實驗三三相橋式全控整流電路一.【實驗?zāi)康摹?. 加深理解三和橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理;2. 研究三相橋式全控整流電路整流的工作原理和現(xiàn)象分析圖3-1匚相橋式全控整流電路仿真模型圖二.【實驗步驟和內(nèi)容】1. 仿真模型的建立：打開模型編輯窗口，復(fù)制相關(guān)模塊，修改模塊參數(shù), 模塊連接。2. 仿真模型的運行；仿真過程的啟動，仿真參數(shù)的設(shè)置。參數(shù)設(shè)置：（1）交流電壓源參數(shù)U=100 V, f=25 Hz,三相電源相位依次延遲120°。(2)晶閘管參數(shù) Rn

6、=0.001 Q , Lon=0.000 1 H, Vf=0 V, Rs=50 Q , Cs=250e-6 F«(3)負(fù)載參數(shù) R=10 Q, L=OH, C=info（4）脈沖發(fā)生器的振幅為5 V,周期為0.04（即頻率為25 Hz）,脈沖寬度為2。當(dāng)a =0° 時，正相脈沖分別設(shè)為 0. 0033, 0. 0166, 0. 0299 s； -C, -A, -B相觸發(fā)脈沖依次是0. 01, 0. 0233, 0. 0366s.Tim® offset: 0Q Scope41 = 1 回圖32a =0整流輸出電壓等波形圖三【實驗總結(jié)】目前在各種整流電路中，應(yīng)用最為廣

7、泛的是三相橋式全控整流電路。整流 輸出電壓g周脈動八次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為八脈波整流電 路。帶電阻負(fù)載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是0120° ,帶阻感負(fù) 載時a角的移相范闈是090°實驗!1!直流斬波一.【實驗?zāi)康摹?. 加深理解斬波器電路的工作原理；乙 學(xué)握斬波器主電路、觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法;3.熟悉斬波器電路各點的電壓波形;圖卜1直流斬波仿真模型圖圖4-2示波器1輸出波形圖圖1-3示波容2輸出波形圖9a圖，1-4負(fù)載端電壓輸出波形圖圖4-5負(fù)我端電壓平均值波形圖圖4-6斬波電路輸出電壓、電流波形圖二.【實驗步驟和內(nèi)容】1. 仿真模型的建立：打

8、開模型編輯窗口，復(fù)制相關(guān)模塊，修改模塊參數(shù), 模塊連接。2. 仿真模型的運行；仿真過程的啟動，仿真參數(shù)的設(shè)置，直流電壓E=200Vo 負(fù)載電壓的平均值為U。=-E = E = aE (4-1)° ton +toffT式中，gn為V處于通態(tài)的時間；行為V處于斷態(tài)的時間；T為開關(guān)周期；a為導(dǎo)通占空比。負(fù)載電流的平均值為lo =T 32) 由丁占空比為50%,所以斬波輸出電壓負(fù)值為50V。三【實驗總結(jié)】根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有如下三種控制方式:1.保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間ton，稱為脈沖寬度調(diào)制(PulseWidth ModulationPWM);2

9、.保持開關(guān)導(dǎo)通時間t°n不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型;3ton和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。實驗五單閉環(huán)轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)一. 【實驗?zāi)康摹?. 加深對比例積分控制的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的理解；2. 研究反饋控制環(huán)節(jié)對系統(tǒng)的影響和作用.二. 【實驗步驟和內(nèi)容】1. 仿真模型的建立：打開模型編輯窗口，復(fù)制相關(guān)模塊，修改模塊參數(shù)，模塊 連接。2. 仿真模型的運行；仿真過程的啟動，仿真參數(shù)的設(shè)置.轉(zhuǎn)速負(fù)反鍛閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：直流電動機：額定電壓UN = 220V ,額定電流IdN = 554 ,額定轉(zhuǎn)速n“ = 1000/7min，電動機電動勢系數(shù)= 0.192V n

10、iin/r，假定晶閘管整流裝置輸出 電流可逆，裝置的放大系數(shù)© = 44 ,滯后時間常數(shù)Ts = 0.00167s ,電樞回路 總電阻R = 1.00 ,電樞回路電磁時間常數(shù)Tj = 0.00167s ,電力拖動系統(tǒng)機電 時間常數(shù)=0.075s,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a = 0.0IV min/r，對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時的給定 電圧U； = 10V比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖如圖5-1所示。圖5-1比例積分控制的直流詭速系統(tǒng)的仿真框圖Oainl InMsgratcrGein2圖5-2開環(huán)比例控制直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖圖5-3 開環(huán)空載啟動轉(zhuǎn)速曲線圖圖,4開環(huán)空戦啟動電流曲線圖圖55閉環(huán)比例控制

11、直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖在比例控制直流調(diào)速系統(tǒng)中，分別設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)k=0.56f 2.5, 30,觀察轉(zhuǎn)速曲線圖，隨著K值的增加，穩(wěn)態(tài)速降減小，但當(dāng)K值大于臨界值時， 系統(tǒng)將發(fā)生農(nóng)蕩并失去穩(wěn)定，所以K值的設(shè)定要小于臨界值。當(dāng)電機空載啟動穩(wěn) 定運行后，加負(fù)載時轉(zhuǎn)速下降到另一狀態(tài)下運行，電流上升也隨之上升。圖5-6k=0.56轉(zhuǎn)速曲線圖Time Dffset: 0圖57k=0.56電流曲線圖圖5-8k=2.5轉(zhuǎn)速曲線圖圖5-9k=30轉(zhuǎn)速曲線圖圖5-10閉壞比例枳分控制直流調(diào)速系統(tǒng)仿“：圖圖5-11 PI控制轉(zhuǎn)速n曲線圖Bl Scopel昌圍匡用刃盹凰圍B A圖5-12 PI控制電流曲線

12、圖在閉環(huán)比例積分（PI）控制下，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)無靜差調(diào)節(jié)，即An = 0,提 高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三【實驗總結(jié)】通過對本次實驗的仿真，驗證了比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則 最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例積分控制綜合了比例控制和枳分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點, 又克服了各門的缺點，揚長避短，互相補充。若耍求PI控制調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性 好，乂要求系統(tǒng)的快速性好，同時還要求穩(wěn)態(tài)精度高和抗干擾性能好。但是這些 指標(biāo)是互相矛盾的，設(shè)計時往往需要用多種手段，反復(fù)試湊。在穩(wěn)、準(zhǔn)、快和抗 干擾這四個矛盾的方而之間取得折中，才能獲得比較滿意的結(jié)果。實驗六雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)一.【實驗?zāi)康摹?. 加深了解轉(zhuǎn)速、電流反饋控制

13、直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性；2. 研究調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法在系統(tǒng)中的作用和地位。三. 【實驗步驟和內(nèi)容】1. 仿真模型的建立：打開模型編輯窗口，復(fù)制相關(guān)模塊，修改模塊參數(shù)，模塊 連接。2. 仿真模型的運行：仿真過程的啟動，仿真參數(shù)的設(shè)置。Gainl IntegratorTransfer Fcn40.05I亠£0 002s* 1Soope圖6J電流壞仿真模型圖當(dāng)KT=0.5時，電流環(huán)傳遞函數(shù)WACR(s) = 1.013 + 叱圖6-2KT=0.5時電流環(huán)仿真圖當(dāng)KT=0.25,電流環(huán)傳遞函數(shù)Wacr(s) = 0. 5067 +16.89圖63KT二0.25時電流環(huán)仿真圖圖6-4K

14、T=1.0時電流環(huán)仿真圖KT=1.0,電流環(huán)傳遞函數(shù)Wacr(s) = 2.027 +竺凹當(dāng)KT=0 .25時，很快地得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)仿真結(jié)果如圖6-3所示，無超調(diào)，但上升時間長；當(dāng)KTJ.0,同樣得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖6-4所示，超調(diào)打，但上升時間短。2Gar廠41/ .丿0 00X41tixaoy Trs-«fer FcrGa-4 Intogrstarl廠44C%f .-F0 30-7*Trs-rfy0 3女一05r*0Tra-«r =h?Sbi-3 iFgratera0.3021To MW qmowoooC01$-1圖6-5轉(zhuǎn)速壞仿真模型圖Q Sc

15、opeI i 回 |n帀QPP盹固畫200015001000500000.511.5圖6 6轉(zhuǎn)速壞空載高速起動波形圖圖6-7 轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾波形圖Time offset: 0三【實驗總結(jié)】用工程設(shè)計方法來設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的原則是先內(nèi)環(huán)后 外環(huán)。電流環(huán)設(shè)計完成后，把電流環(huán)等效成轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，再用同樣的方 法設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。匸程設(shè)計時，首先根據(jù)典型I型系統(tǒng)或II型系統(tǒng)的方法計算調(diào) 節(jié)器參數(shù)，然后利用Mat lab下的Simulink軟件進(jìn)行仿真，靈活修正調(diào)節(jié)器參數(shù)， 直至得到滿意的結(jié)果。實驗七異步電動機定子電流測定及調(diào)速方式一.【實驗?zāi)康摹?. 了解異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)；

16、2. 理解坐標(biāo)變換的基本思路；3. 進(jìn)一步掌握異步電動機調(diào)速方法；4. 學(xué)會M文件的編寫與運行。圖7-1 三相異步電動機仿真模型圖二.【實驗步驟和內(nèi)容】1. 仿真模型的建立：打開模型編輯窗口，復(fù)制相關(guān)模塊，修改模塊參數(shù)，模塊 連接。2. 仿真模型的運行：仿真過程的啟動，仿真參數(shù)的設(shè)置。圖7-2三相異步電動機電流仿真結(jié)果圖7-3異步電動機空載起動過程的轉(zhuǎn)速仿真圖t=0.5#加負(fù)載值30圖7-4異步電動機空我起動和加我過程電流仿真結(jié)果圖Q Scopelo回|心才350200150100500250200500150 k100500010.30.50.607Time offset: 0圖73異步電動

17、機空我起動和加取過程的轉(zhuǎn)速仿真圖異步電動機調(diào)速方式額定條件下的磁鏈和機械特性曲線Un=380v, fn=50Hz,XYPIotX Axis| X¥ Graph55-S4AX Y Pict20100H Xv Graph4060X Axis0圖76 電壓在300V卜的機械特性圖0圖76 電壓在300V卜的機械特性圖K 7-4 額定條件下的磁鏈曲線圖圖7-5額定條件下的機械特性圖1.調(diào)壓調(diào)速電動機同步轉(zhuǎn)速保持為額定值不變，隨著電壓的降低最大電磁轉(zhuǎn)矩減小O XY Graph1|口 I 回350300250.竺 200a 150100600102030405060XAxis0圖76 電壓在300V卜的機械特性圖圖7-7 電壓在280V卞的機械特性圖2.恒壓頻比，基頻以下調(diào)速同步轉(zhuǎn)速下降，最大電磁轉(zhuǎn)矩下降（這里頻率為弧度制）圖7-8350/289卜的機械特性圖圖7-9280/231下的機械特性圖3.電壓不變，基頻以上調(diào)速 最大電磁轉(zhuǎn)矩下降、同步轉(zhuǎn)速上升。圖頻率為340rad/s卜的機械特性圖圖7-11 頻率為380rad/s卜的機械特性圖實驗八異步電動機轉(zhuǎn)子電流的測定一. 【實驗?zāi)康摹?. 了解異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)；2. 理解坐標(biāo)變換的基本思路；3. 進(jìn)一步學(xué)握異步電動機調(diào)速方法；4. 學(xué)會M文件的編寫與運行。二. 【實驗步驟和內(nèi)容】1. 仿真模型的建立：打開模型編輯窗