#電力拖動自動控制系統(tǒng)實驗報告

1、信息工程學院電力拖動與控制系統(tǒng)課程設(shè)計報告書題目 : 電力拖動與自動控制實驗設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：0311405學號：031140526學生姓名：田仁波指導教師：鐘建偉2014 年 5 月 5 日信息工程學院課程設(shè)計任務(wù)書學生姓名田仁波 學 號 031140526 成 績設(shè)計題目電力拖動與自動控制實驗設(shè)計設(shè) 計 內(nèi) 容轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真， 轉(zhuǎn)速、 電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真， 基于 MATLAB的 SIMULINK下的 3/2 變換以及雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實 驗。各個仿真模型的搭建，分析各個圖形的具體含義。熟悉MATLAB下的 SIMULINK下的使用方法

2、。設(shè) 計 要 求通過對課程的設(shè)計，培養(yǎng)一定的基本論文設(shè)計能力，簡單WPS下的正確操作。使其有一定的規(guī)范性。時 間 安 排論文設(shè)計時間： 2014.4.22-2014.4.25參 考 資 料電力拖動基礎(chǔ) 、供電技術(shù) 、電機及拖動基礎(chǔ)等。目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真 1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 實驗目的 1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 1

3、HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 實驗小結(jié) 3. . HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 3 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 實驗目的及內(nèi)容 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)兩個調(diào)節(jié)器的作用 4電流環(huán)仿真模型設(shè)計 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型設(shè)計 4 HYPERLI

4、NK l bookmark20 o Current Document 轉(zhuǎn)速環(huán)的系統(tǒng)仿真 5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 實驗小結(jié) 6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 基于 MATLAB的 SIMULINK下的 3/2 變換 7根據(jù)步驟可得仿真圖 7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 實驗小結(jié) 8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗 8實驗目的 8實驗原理

5、8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 實驗內(nèi)容 9實驗仿真 9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果和輸出及結(jié)果分析 10實驗小結(jié) 12 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 參考文獻 12轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真1.1 實驗目的（1）了解 MA TLAB 下 SIMULINK 軟件的操作環(huán)境和使用方法。（2）對轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)進行仿真和參數(shù)的調(diào)整。1.2 轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)仿真根據(jù)課本的操作步驟可得到如下的仿真

6、框圖：圖 1 仿真框圖1）運行仿真模型結(jié)果如下：圖 2 電樞電流隨時間變化的規(guī)律2）調(diào)節(jié)參數(shù)圖 3 電機轉(zhuǎn)速隨時間變化的規(guī)律Kp=0.25 1/ =3 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)無超調(diào)但調(diào)節(jié)時間長3）調(diào)節(jié)參數(shù) Kp=0.8 1/ =15 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)的超調(diào)較大，但快速性較好實驗小結(jié)通過本次實驗初步了解了 MATLAB 下 SIMULINK 的基本功能， 對仿真圖的建立了解了 相關(guān)模塊的作用和參數(shù)設(shè)置。并可將其方法推廣到其他類型控制系統(tǒng)的仿真中。轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)仿真1.1 實驗目的及內(nèi)容 了解使用調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法，是設(shè)計方法規(guī)范化，大大減少工作計算量，但工程設(shè) 計是在一定近似條件下得到的

7、，用 MATLAB 仿真可根據(jù)仿真結(jié)果對設(shè)計參數(shù)進行必要的修 正和調(diào)整。轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是靜、 動態(tài)性能優(yōu)良、 應(yīng)用最廣泛的直流調(diào)速系統(tǒng)， 對于需要快速正、 反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)， 縮短起動、 制動過程的時間成為提高生產(chǎn)效率的關(guān) 鍵。為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用， 可在系統(tǒng)里設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器， 組成串級控制。1.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)兩個調(diào)節(jié)器的作用1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用*（1）使轉(zhuǎn)速 n跟隨給定電壓 U m 變化，當偏差電壓為零時，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差。（2）對負載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。2）電流調(diào)節(jié)器的作用* （1）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給

8、定電壓U i 變化。（2）對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。（ 3）起動時保證獲得允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動。（4）當電機過載甚至于堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，從而起大快速的安全保護作用。當故障消失時，系統(tǒng)能夠自動恢復正常。1.3 電流環(huán)仿真模型設(shè)計圖 2.1 電流環(huán)仿真模型轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型設(shè)計圖 2.2 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型轉(zhuǎn)速環(huán)的系統(tǒng)仿真134.481)PI 調(diào)節(jié)器按照計算出來的結(jié)果： WASR 11.7 ?？蛰d起動時波形為： s圖 2.3 轉(zhuǎn)速環(huán)空載起動輸出波形2)滿載運行時起動的波形圖 2.4 轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動輸出波形3）抗干擾性的測試：圖 2.5 轉(zhuǎn)速環(huán)的抗干擾輸出波形實驗小結(jié)

9、通過本次實驗了解到了在工程設(shè)計下近似計算的優(yōu)點和缺點，并了解了如何根據(jù)仿真 結(jié)果對設(shè)計參數(shù)的修正和調(diào)整，同時，對 SIMULINK 的模塊也更加熟悉了?；?MATLAB的 SIMULINK下的 3/2 變換1.1 根據(jù)步驟可得仿真圖圖 3.1 3/2 變換仿真圖1）仿真結(jié)果實驗小結(jié)通過本次次試驗對于 3/2 變換有了基本的了解，通過 x、y和 z 坐標到 d、q 坐標的變換 可節(jié)省大量的計算，并是結(jié)構(gòu)圖簡化，簡明易讀。雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗1.1 實驗目的（1）了解閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，其組成及各主要單元部件的原理。（2）掌握雙閉環(huán)不可逆直流系統(tǒng)的調(diào)試步驟、方法及參數(shù)的整

10、定。（3）研究調(diào)節(jié)器參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。1.2 實驗原理 由于加工和運行的要求，許多生產(chǎn)機械的電動機經(jīng)常處于啟動、制動、反轉(zhuǎn)的過渡 過程中， 因此啟動和制動過程的時間在很大程度上決定了生產(chǎn)機械的生產(chǎn)效率。 為縮短 這一部分時間， 僅采用比例積分調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)， 其性能還不能令人 滿意。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是由電流和轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器進行結(jié)合調(diào)節(jié)的， 可獲得良好的動、靜態(tài)性能 (兩個調(diào)節(jié)器均采用比例積分調(diào)節(jié)器) 。由于調(diào)整系統(tǒng)的主要參量為轉(zhuǎn)速， 故將轉(zhuǎn)速環(huán)作為主環(huán)放在外面， 電流環(huán)作為副環(huán)放在里面， 這樣可以抑制電網(wǎng)電壓擾動 對轉(zhuǎn)速的影響。實驗系統(tǒng)的原理圖如圖 5.17 所示。

11、啟動時，加入給定電壓 Ug ，速度調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)器即以飽和限幅值輸出，使電動機以 限的最大啟動電流加速啟動電流加速啟動， 值到電動機轉(zhuǎn)速達到給定轉(zhuǎn)速 (U g =U fn )并在 出現(xiàn)超調(diào)。 此時， 速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器退出飽和， 使電動機最后穩(wěn)定在略低于給定轉(zhuǎn)速 值的狀態(tài)中運行。在系統(tǒng)工作時， 要先給電動機加勵磁， 改變給定電壓 U g的大小即可改變電動機的轉(zhuǎn)速。電流調(diào)節(jié)器的輸出作為觸電流調(diào)節(jié)器、 速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅可達到限制啟動電流的目的。發(fā)電路得控制電壓 U ct ，利用電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅可達到限制max的目的。1.3 實驗內(nèi)容各控制單元調(diào)試。測定電流反饋系數(shù) 、轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù) 。

12、測定開環(huán)機械特性及高、低轉(zhuǎn)速時系統(tǒng)的閉環(huán)靜態(tài)特性 n=f(I d )測定閉環(huán)控制特性 n=f(U g ).觀察、記錄系統(tǒng)動態(tài)波形。1.4 實驗仿真 多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)與開環(huán)、單環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型是一樣的，主電路仍然是由 交流電源、同步脈沖出發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。其差別 反映在控制電路上，多環(huán)系統(tǒng)的控制電路更復雜。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖5.17 所示。圖 5.18 是采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型。1）系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置（1）主電路的建模和參數(shù)設(shè)置 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路的建模和模型參數(shù)設(shè)置與單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

13、的建模和模型參數(shù)設(shè)置絕大部分程序相同， 只是通過仿真實驗將平波電抗器的電感值修改為 9e-3（39 10 ) H2）控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器 ACR 、限幅器、偏 置電路、反相器、電流反饋環(huán)節(jié)、速度反饋環(huán)節(jié)等。其中限幅器、偏置電路、反相 器的作用、建模和參數(shù)設(shè)置與第六章第二節(jié)實驗相同。給定環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置為 120Rad/s，電流反饋系數(shù)設(shè)為 0.1 ，轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù)為 1.雙 閉環(huán)系統(tǒng)有兩個比例積分調(diào)節(jié)器，分別為ACR 和 ASR 。這兩個調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置為，對ACR ，K pi =2， i =100，上下幅限值為 120，-120；對于

14、 ASR，K pi =1.2，i =10，上下幅限值為 40 ，-40 。3）系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置通過仿真算法的比較實驗，本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真“ Start time”設(shè)為0，“ Stop time”設(shè)為 2.5 其他與第五章第二節(jié)相同。系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果和輸出及結(jié)果分析當建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進行仿真。圖5。19 所示是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流曲線和轉(zhuǎn)速曲線。從仿真的結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。圖（）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流曲線和轉(zhuǎn)速曲線（）電動機角頻率 與電樞電流 I 關(guān)系曲線a面分析一下仿真的結(jié)果。啟動過程的第一階段是電流上升階段，由于突加給定電壓，ASR 的輸入很大，其輸出很快達到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段，ASR 飽和，轉(zhuǎn)速控制環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)， 系統(tǒng)表現(xiàn)為恒定電流給定作用下的電流調(diào)速系統(tǒng)， 電流調(diào)節(jié)器的給定電壓于 反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分的作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速 超調(diào)之后， ASR 輸入端出現(xiàn)負偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進入線性調(diào)解階段，使速度 保持恒定，實際結(jié)果也基本反映了這一點。實驗小結(jié) 通過本實驗的仿真， 對雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)