電力拖動自動控制系統(tǒng)Matlab仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電力拖動自動控制系統(tǒng)-Matlab仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一 二極管單相整流電路一【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?通過對二極管單相整流電路的仿真，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(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深理解二極管單向?qū)ǖ奶匦浴D1-1 二極管單相整流電路仿真模型圖二 【實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(shí)驗(yàn)總結(jié)】由于負(fù)載為純阻性，故輸出電壓與電流同相位，即波形相同，但幅值不等，如圖1-4所示。圖1-2 整流電壓輸

2、出波形圖 圖1-3 整流電流輸出波形圖 圖1-4 整形電壓、電流輸出波形圖 實(shí)驗(yàn)二 三相橋式半控整流電路一【實(shí)驗(yàn)?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過程。二 【實(shí)驗(yàn)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(yùn)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)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=0.001 ，Lon=0.000 1 H，Vf=0 V，Rs=50

3、，Cs=250e-6 F。（3）負(fù)載參數(shù)R=10 ，L=0 H，C=inf。（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。圖2-1 三相橋式半控整流電路仿真模型圖當(dāng)=0°時(shí)， 設(shè)為0.003 3s，0.016 6s，0.029 9 s。圖2-2 =0°整流輸出電壓等波形圖當(dāng)=60°時(shí)，觸發(fā)信號初相位依次設(shè)為0.01s，0.0233s，0.0366s。圖2-3 =60°整流輸出電壓等波形圖三 .【實(shí)驗(yàn)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

4、控整流電路以及十二脈波可控整流電路等，均可在三相半波的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。在電阻負(fù)載時(shí)，當(dāng)30°，負(fù)載電流連續(xù)（其=0°，Ud最大）；當(dāng)30°，負(fù)載電流斷續(xù)，電阻負(fù)載時(shí)角的移相范圍為0150°，阻感負(fù)載時(shí)角的移相范圍為090°。實(shí)驗(yàn)三 三相橋式全控整流電路一【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 加深理解三相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 三相橋式全控整流電路仿真模型圖二 【實(shí)驗(yàn)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(yùn)行；仿真過程的啟

5、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=0.001 ，Lon=0.000 1 H，Vf=0 V，Rs=50 ，Cs=250e-6 F。（3）負(fù)載參數(shù)R=10 ，L=0 H，C=inf。（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。當(dāng)=0°時(shí)， 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.圖3-2 =0°整流輸出電壓等波形圖三 .【實(shí)

6、驗(yàn)總結(jié)】 目前在各種整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路。整流輸出電壓ud一周脈動六次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為六脈波整流電路。帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路角的移相范圍是0120°，帶阻感負(fù)載時(shí)角的移相范圍是090°實(shí)驗(yàn)四 直 流 斬 波一【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 加深理解斬波器電路的工作原理;2. 掌握斬波器主電路、觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法;3. 熟悉斬波器電路各點(diǎn)的電壓波形;圖4-1 直流斬波仿真模型圖圖4-2 示波器1輸出波形圖圖4-3 示波器2輸出波形圖圖4-4 負(fù)載端電壓輸出波形圖圖4-5 負(fù)載端電壓平均值波形圖圖4-6 斬波電路輸出電壓、電流波形

7、圖二 【實(shí)驗(yàn)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(yùn)行；仿真過程的啟動，仿真參數(shù)的設(shè)置，直流電壓E=200V。負(fù)載電壓的平均值為Uo=tonton+toffE=tonTE=E （4-1）式中，ton為V處于通態(tài)的時(shí)間；toff為V處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比。負(fù)載電流的平均值為Io=UoR （4-2）由于占空比為50%，所以斬波輸出電壓負(fù)值為50V。三 .【實(shí)驗(yàn)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(shí)間ton, 稱為脈沖寬度調(diào)制（Pul

8、se Width Modulation，PWM）;2. 保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型；3. ton和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。實(shí)驗(yàn)五 單閉環(huán)轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)一【實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)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(yùn)行；仿真過程的啟動，仿真參數(shù)的設(shè)置.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng):直流電動機(jī)：額定電壓UN=220V，額定電流IdN=55A ，額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min ,電動機(jī)

9、電動勢系數(shù)Ce=0.192V·min/r ,假定晶閘管整流裝置輸出電流可逆，裝置的放大系數(shù)Ks=44 ，滯后時(shí)間常數(shù)Ts=0.00167s ，電樞回路總電阻R=1.0 ， 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.00167s ，電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.075s，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.01V·min/r ,對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓Un*=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調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖圖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5-4 開環(huán)空載啟動電流曲線圖圖5-5 閉環(huán)比例控制直流調(diào)

10、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=0.56, 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(shí)，系統(tǒng)將發(fā)生震蕩并失去穩(wěn)定，所以K值的設(shè)定要小于臨界值。當(dāng)電機(jī)空載啟動穩(wěn)定運(yùn)行后，加負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速下降到另一狀態(tài)下運(yùn)行，電流上升也隨之上升。 圖5-6 k=0.56轉(zhuǎn)速曲線圖圖5-7 k=0.56電流曲線圖圖5-8 k=2.5轉(zhuǎn)速曲線圖圖5-9 k=30轉(zhuǎn)速曲線圖圖5-10 閉環(huán)比例積分控制直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖圖5-11 PI控制轉(zhuǎn)速n曲線圖圖5-12 PI控制電流曲線圖在閉環(huán)比例積分（PI）控制下，可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)無靜差調(diào)節(jié)，即n

11、=0,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三 .【實(shí)驗(yàn)總結(jié)】 通過對本次實(shí)驗(yàn)的仿真，驗(yàn)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積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，互相補(bǔ)充。若要求PI控制調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，又要求系統(tǒng)的快速性好，同時(shí)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(jì)時(shí)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面之間取得折中，才能獲得比較滿意的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)六 雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)一【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 加深了解轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(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(jì)方法在系統(tǒng)中的作用

12、和地位。三 【實(shí)驗(yàn)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(yùn)行；仿真過程的啟動，仿真參數(shù)的設(shè)置。圖6-1 電流環(huán)仿真模型圖當(dāng)KT=0.5時(shí)，電流環(huán)傳遞函數(shù) WACRs= 1.013+33.77s圖6-2 KT=0.5時(shí)電流環(huán)仿真圖當(dāng)KT=0.25, 電流環(huán)傳遞函數(shù) WACRs=0.5067+16.89s圖6-3 KT=0.25時(shí)電流環(huán)仿真圖KT=1.0，電流環(huán)傳遞函數(shù) WACRs=2.027+67.567s圖6-4 KT=1.0時(shí)電流環(huán)仿真圖當(dāng)KT=0 .25時(shí)，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

13、時(shí)間長；當(dāng)KT=1.0，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(shí)間短。圖6-5 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型圖圖6-6 轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖圖6-7 轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾波形圖三 .【實(shí)驗(yàn)總結(jié)】 用工程設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。工程設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)典型I型系統(tǒng)或II型系統(tǒng)的方法計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后利用Matlab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(shí)驗(yàn)七 異步電動機(jī)定子電流測定及調(diào)速方式一【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解異步電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模

14、型的性質(zhì)；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(jī)調(diào)速方法；4.學(xué)會M文件的編寫與運(yùn)行。圖7-1 三相異步電動機(jī)仿真模型圖二【實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(jī)電流仿真結(jié)果圖7-3 異步電動機(jī)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(jī)空載起動和加載過程電流仿真結(jié)果圖圖7-3 異步電動機(jī)空載起動和加載過程的轉(zhuǎn)速仿真圖異步電動機(jī)調(diào)速方式額定條件下的磁鏈和機(jī)械特性曲線圖Un=380v, fn=50Hz, 圖7-4 額定條

15、件下的磁鏈曲線圖 圖7-5 額定條件下的機(jī)械特性圖1. 調(diào)壓調(diào)速電動機(jī)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。圖7-6 電壓在300V下的機(jī)械特性圖圖7-7 電壓在280V下的機(jī)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7-8 350/289下的機(jī)械特性圖圖7-9 280/231下的機(jī)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7-10 頻率為340rad/s下的機(jī)械特性圖圖7-11 頻率為380rad/s下的機(jī)械特性圖實(shí)驗(yàn)八 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電流的測定一【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解異步電動機(jī)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)一步掌握異步電動機(jī)調(diào)速方法；4.學(xué)會M文件的編寫與運(yùn)行。二【實(shí)驗(yàn)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(yùn)行：仿真過程的啟