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电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告
电力拖动自动控制系统
－--Ｍaｔｌaｂ仿真实验报告
实验一 　　 二极管单相整流电路
一、【实验目得】
　　１、通过对二极管单相整流电路得仿真,掌握由电路原理图转换成仿真电路得基本知识;
　　2、通过实验进一步加深理解二极管单向导通得特性。

图1－1 　 二极管单相整流电路仿真模型图

二． 【实验步骤和内容】
1. 仿真模型得建立
① 打开模型编辑窗口;
② 复制相关模块;
③ 修改模块参数;
④ 模块连接;
2. 仿真模型得运行
① 仿真过程得启动;
② 仿真参数得设置;
3. 观察整流输出电压、电流波形并作比较,如图1-2、１-3、１-４所示。
三． 【实验总结】
由于负载为纯阻性,故输出电压与电流同相位,即波形相同,但幅值不等,如图１-4所示。

图１-2　 整流电压输出波形图 　 　 　 图1-３ 整流电流输出波形图

　 　　 　 图1-4 整形电压、电流输出波形图
实验二 　 　三相桥式半控整流电路
一、【实验目得】
１、通过对三相桥式半控整流电路得仿真,掌握由电路原理图转换成仿真电路得基本知识;
2、研究三相桥式半控整流电路整流得工作原理和全过程。
二． 【实验步骤和内容】
1. 仿真模型得建立:打开模型编辑窗口,复制相关模块,修改模块参数,模块连接。
2. 仿真模型得运行;仿真过程得启动,仿真参数得设置。
相应得参数设置:
(1)交流电压源参数U=１00 V,f＝25　Hz,三相电源相位依次延迟１20°。
(2)晶闸管参数 　Rn=0、001 Ω,Ｌon＝０、000　1 H,Vｆ＝0 V,Ｒs=50 Ω,Ｃｓ＝25０ｅ-6　F。
(3)负载参数Ｒ=10　Ω,L=0 H,C=inf。
(４)脉冲发生器得振幅为5 V, 周期为0、04　s ( 即频率为２5 Ｈz), 脉冲宽度为2。

图2-1 　三相桥式半控整流电路仿真模型图
当α=0°时,　设为0、003　3s,0、016 6s,０、029　9 ｓ。

图2-2 α=0°整流输出电压等波形图
当α=６0°时,触发信号初相位依次设为０、０1ｓ,０、02３３ｓ,0、0366ｓ。

图2-3 α＝6０°整流输出电压等波形图
三 、【实验总结】
三相可控整流电路中,最基本得就就是三相半波可控整流电路,应用最为广泛得就就是三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路以及十二脉波可控整流电路等,均可在三相半波得基础上进行分析。在电阻负载时,当,负载电流连续(其,Ud最大);当,负载电流断续,电阻负载时得移相范围为0～１50°,阻感负载时得移相范围为０~90°。
实验三　 　三相桥式全控整流电路
一、【实验目得】
1、 加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路得工作原理;
２、 研究三相桥式全控整流电路整流得工作原理和现象分析

图3-1 　三相桥式全控整流电路仿真模型图
二、 【实验步骤和内容】
1. 仿真模型得建立:打开模型编辑窗口,复制相关模块,修改模块参数,模块连接。
2. 仿真模型得运行;仿真过程得启动,仿真参数得设置。
参数设置:
(1)交流电压源参数U=100 V,f=25 Hｚ,三相电源相位依次延迟１20°。
(2)晶闸管参数 Rn＝0、00１ Ω,Ｌｏn＝０、000　1 H,Vf＝0 V,Rs=50 Ω,Cｓ=２50e-６ F。(3)负载参数R＝10 Ω,L=０　H,C=ｉnf。
(4)脉冲发生器得振幅为5　V, 周期为0、０４ ｓ ( 即频率为25 Hz), 脉冲宽度为2。
当α＝０°时, 正相脉冲分别设为０、003３,0、０166,0、02９9 s;-C,－Ａ,-B相触发脉冲依次就就是0、０1,0、0２3３,0、0366s、

图3－2 α=0°整流输出电压等波形图
三　、【实验总结】
目前在各种整流电路中,应用最为广泛得就就是三相桥式全控整流电路。整流输出电压ud一周脉动六次,每次脉动得波形都一样,故该电路为六脉波整流电路。带电阻负载时三相桥式全控整流电路角得移相范围就就是０~1２0°,带阻感负载时角得移相范围就就是０~９0°
实验四 直 流 斩　波
一、【实验目得】
１、 加深理解斩波器电路得工作原理;2、 掌握斩波器主电路、触发电路得调试步骤和方法;
3、 熟悉斩波器电路各点得电压波形;

图４-１ 　 直流斩波仿真模型图

图4-2 　示波器１输出波形图

图4-３ 示波器2输出波形图

图4-4 负载端电压输出波形图

图4-5　　负载端电压平均值波形图

图4－6　 斩波电路输出电压、电流波形图
二、 【实验步骤和内容】
1. 仿真模型得建立:打开模型编辑窗口,复制相关模块,修改模块参数,模块连接。
2. 仿真模型得运行;仿真过程得启动,仿真参数得设置,直流电压E=200V。
负载电压得平均值为
　 (４-1)
式中,为Ｖ处于通态得时间;为V处于断态得时间;T为开关周期;为导通占空比。
负载电流得平均值为
(4－2)
由于占空比为5０%,所以斩波输出电压负值为50Ｖ。
三 、【实验总结】
　　 根据对输出电压平均值进行调制得方式不同,斩波电路可有如下三种控制方式:
1. 　保持开关周期T不变,调节开关导通时间,　称为脉冲宽度调制(Pｕlsｅ Wｉdth Moduｌatｉon,PWM);
2. 保持开关导通时间不变,改变开关周期T,称为频率调制或调频型;
3. 和T都可调,使占空比改变,称为混合型。
实验五 　 单闭环转速反馈控制直流调速系统
一、【实验目得】
1、 加深对比例积分控制得无静差直流调速系统得理解;
２、 研究反馈控制环节对系统得影响和作用、
二． 【实验步骤和内容】
1. 仿真模型得建立:打开模型编辑窗口,复制相关模块,修改模块参数,模块连接。
2. 仿真模型得运行;仿真过程得启动,仿真参数得设置、
转速负反馈闭环调速系统:
直流电动机:额定电压,额定电流额定转速电动机电动势系数 ,假定晶闸管整流装置输出电流可逆,装置得放大系数 ,滞后时间常数　,电枢回路总电阻 ,　电枢回路电磁时间常数 ,电力拖动系统机电时间常数,转速反馈系数对应额定转速时得给定电压
比例积分控制得直流调速系统得仿真框图如图5-1所示。

图５-1 　 　　比例积分控制得直流调速系统得仿真框图

图5-2 　 开环比例控制直流调速系统仿真模型图

图5－３ 　 开环空载启动转速曲线图　 图5-4 开环空载启动电流曲线图

图５-5 　闭环比例控制直流调速系统仿真模型图
在比例控制直流调速系统中,分别设置闭环系统开环放大系数k＝0、5６, 2、5, 30,观察转速曲线图,随着K值得增加,稳态速降减小,但当K值大于临界值时,系统将发生震荡并失去稳定,所以K值得设定要小于临界值。当电机空载启动稳定运行后,加负载时转速下降到另一状态下运行,电流上升也随之上升。
　 　 　　图5－6 k=0、56转速曲线图

图5-7 　k=0、5６电流曲线图

图5－8 k=２、5转速曲线图

图5-9　 k=30转速曲线图

图5－10　 闭环比例积分控制直流调速系统仿真模型图

图5-１1　 　PI控制转速ｎ曲线图

图5-12 　　 PI控制电流曲线图
在闭环比例积分(PI)控制下,可以实现对系统无静差调节,即,提高了系统得稳定性。
三 、【实验总结】
通过对本次实验得仿真,验证了比例部分能迅速响应控制作用,积分部分则最终消除稳态误差。比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律得优点,又克服了各自得缺点,扬长避短,互相补充。若要求PI控制调速系统得稳定性好,又要求系统得快速性好,同时还要求稳态精度高和抗干扰性能好。但就就是这些指标就就是互相矛盾得,设计时往往需要用多种手段,反复试凑。在稳、准、快和抗干扰这四个矛盾得方面之间取得折中,才能获得比较满意得结果。
实验六　　　 双闭环控制直流调速系统
一、【实验目得】
1、 加深了解转速、电流反馈控制直流调速系统得组成及其静特性;
2、 研究调节器得工程设计方法在系统中得作用和地位。
三． 【实验步骤和内容】
1、 仿真模型得建立:打开模型编辑窗口,复制相关模块,修改模块参数,模块连接。
2、 仿真模型得运行;仿真过程得启动,仿真参数得设置。

图6－１ 　 电流环仿真模型图
当KT=0、5时,电流环传递函数

图６-2 ＫT＝0、5时电流环仿真图
当KT＝0、２5, 　电流环传递函数

图6-3 　 KT=0、25时电流环仿真图
ＫT=1、０,电流环传递函数

图6-4 　KT＝１、0时电流环仿真图
当KT=0 、25时,很快地得到了电流环得阶跃响应仿真结果如图6－3所示,无超调,但上升时间长;当KＴ=1、０,同样得到了电流环得阶跃响应得仿真结果如图６-4所示,超调打,但上升时间短。

图６-５ 　转速环仿真模型图

图６-6　 　 转速环空载高速起动波形图

图6－7 　　 转速环得抗扰波形图
三 、【实验总结】
　 　用工程设计方法来设计转速、电流反馈控制直流调速系统得原则就就是先内环后外环。电流环设计完成后,把电流环等效成转速环中得一个环节,再用同样得方法设计转速环。工程设计时,首先根据典型Ｉ型系统或ＩI型系统得方法计算调节器参数,然后利用Matlab下得Sｉmuｌink软件进行仿真,灵活修正调节器参数,直至得到满意得结果。
实验七 　 　 　异步电动机定子电流测定及调速方式
一、【实验目得】
１、 了解异步电动机动态数学模型得性质;
２、 理解坐标变换得基本思路;
３、 进一步掌握异步电动机调速方法;
4、学会Ｍ文件得编写与运行。

图7-1　 　三相异步电动机仿真模型图
二、【实验步骤和内容】
1、 仿真模型得建立:打开模型编辑窗口,复制相关模块,修改模块参数,模块连接。
2、　仿真模型得运行:仿真过程得启动,仿真参数得设置。

图7-２　 　三相异步电动机电流仿真结果

图7-３ 　 　异步电动机空载起动过程得转速仿真图
t=0、5, 　加负载值３0

图7-4 　　 异步电动机空载起动和加载过程电流仿真结果图

图7-３ 　 　 　异步电动机空载起动和加载过程得转速仿真图
异步电动机调速方式
额定条件下得磁链和机械特性曲线图
Ｕｎ=380v,　 fn=５0Ｈｚ,

图7-4 　额定条件下得磁链曲线图 　 　 　 　 　 　 　　 　 　　
　 图7-5 额定条件下得机械特性图

1. 调压调速
电动机同步转速保持为额定值不变,随着电压得降低最大电磁转矩减小。

图７-6　　　电压在3０0V下得机械特性图

图7-7 　 电压在280V下得机械特性图
2. 恒压频比,基频以下调速
同步转速下降,最大电磁转矩下降(这里频率为弧度制)

图7－8 　 35０／2８9下得机械特性图

图7－９ ２80/2３1下得机械特性图
３、 电压不变,基频以上调速
最大电磁转矩下降、同步转速上升。

图７-1０　 　频率为340rad／s下得机械特性图

图7-11 　 频率为３80ｒaｄ／s下得机械特性图
实验八 异步电动机转子电流得测定
一、【实验目得】
１、 了解异步电动机动态数学模型得性质;
2、 理解坐标变换得基本思路;
3、 进一步掌握异步电动机调速方法;
4、学会M文件得编写与运行。
二、【实验步骤和内容】
１、 仿真模型得建立:打开模型编辑窗口,复制相关模块,修改模块参数,模块连接。
2、 仿真模型得运行:仿真过程得启动,仿真参数得设置。

图8－1 　三相异步电动机仿真模型图
在t＝0、7ｓ,t＝1、0s,t=1、4ｓ加阶跃负载

图8－２　 异步电动机空载起动和加载过程得电流仿真图
三 、【实验总结】
　 在采用矢量控制技术后,通过坐标变换,可以把交流电动机得定子电流分解成转矩分量和励磁分量,分别用来控制电动机得转矩和磁通,可以获得和直流电动机相仿得高动态性能。
在进行异步电动机仿真时,没有必要对四种状态方程逐一进行,只要以一种为内核,在外围加上坐标变换和状态变换,就可得到在不同坐标系下、不同状态量得仿真结果。