电力拖动Matlab仿真试验参考指导书.doc

实验一 转速反馈控制（单闭环）直流调速系统仿真一实验目1研究直流电动机调速系统在转速反馈控制下工作。2研究直流调速系统中速度调节器ASR工作及其对系统响应特性影响。3. 观测转速反馈直流调速系统在给定阶跃输入下转速响应。二、实验设备1计算机；2模仿实验装置系统；3A/D & D/A接口卡、扁平电缆（如下图所示）。三、实验原理l 直流电动机：额定电压 ， 额定电流 ,额定转速 ，电动机电势系数 l 晶闸管整流装置输出电流可逆，装置放大系数 Ks=44，滞后时间常数 Ts=0.00167s 。l 电枢回路总电阻 R=1.0 ，电枢回路电磁时间常数T1=0.00167s，电力拖动系统机电时间常数Tm =0.075s 。l 转速反馈系数=0.01 Vmin/r 。l 相应额定转速时给定电压 图1 比例积分控制直流调速系统仿真框图四、实验内容1. 仿真模型建立n 进入MATLAB，单击MATLAB命令窗口工具栏中SIMULINK图标，图2 SIMULINK模块浏览器窗口(1)打开模型编辑窗口：通过单击SIMULINK工具栏中新模型图标或选取FileNewModel菜单项实现。(2)复制有关模块：双击所需子模块库图标，则可打开它，以鼠标左键选中所需子模块，拖入模型编辑窗口。在本例中拖入模型编辑窗口为：Source组中Step模块；Math Operations组中Sum模块和Gain模块；Continuous组中Transfer Fcn模块和Integrator模块；Sinks组中Scope模块； 图3 模型编辑窗口(3)修改模块参数： 双击模块图案，则浮现关于该图案对话框，通过修改对话框内容来设定模块参数。双击sum模块，Transfer Fen模块，Step模块，Gain模块，Integrator模块 描述加法器三路输入符号，|表达该路没有信号，用|+-取代本来符号。得到减法器。 图4加法器sum模块对话框分母多项式系数 分子多项式系数 例如，0.002s+1是用向量0.002 1来表达。 图5传递函数Transfer Fen模块对话框阶跃值，可改到10 。阶跃时刻，可改到0 。图6 阶跃输入step模块对话框填写所需要放大系数 图7增益模块对话框积分饱和值,可改为10。积分饱和值,可改为-10。图8 Integrator模块对话框(4)模块连接 n 以鼠标左键点击起点模块输出端，拖动鼠标至终点模块输入端处，则在两模块间产生“”线。n 单击某模块，选用Format Rotate Block菜单项可使模块旋转90；选用FormatFlip Block菜单项可使模块翻转。n 把鼠标移到盼望分支线起点处，按下鼠标右键，看到光标变为十字后，拖动鼠标直至分支线终点处，释放鼠标按钮，就完毕了分支线绘制。2. 仿真模型运营 图9 比例积分控制无静差直流调速系统仿真模型在控制系统中设立调节器是为了改进系统静、动态性能。在采用PI调节器后，构成是无静差调速系统，如图9所示仿真模型。(1)仿真过程启动：单击启动仿真工具条按钮，或选取SimulationStart菜单项，则可启动仿真过程，再双击示波器模块就可以显示仿真成果。(2)仿真参数设立：为了清晰地观测仿真成果，需要对示波器显示格式作一种修改，对示波器默认值逐个改动。改动办法有各种，其中一种办法是选中SIMULINK模型窗口SimulationConfiguration Parameters菜单项，打开仿真控制参数对话框，对仿真控制参数进行设立。结束时间修改为0.6秒 仿真起始时间 图10 SIMULINK仿真控制参数对话框(3)启动Scope工具条中“自动刻度”按钮。把当前窗中信号最大最小值为纵坐标上下限，得到清晰图形。自动刻度图11 修改控制参数后仿真成果3. 调节器参数调节在图9所示PI控制无静差直流调速系统仿真模型中，变化比例系数和积分系数，可以轻而易举地得到振荡、有静差、无静差、超调大或启动快等不同转速曲线。仿真曲线反映了对给定信号跟随性能。选取适当PI参数：(1) ， (2) ， (3) ，观测系统转速响应成果。五、实验报告1依照给定系统各项参数（见“实验原理”某些），每个环节传递函数。2画出仿真系统三组PI参数下阶跃响应波形，并给出 ts 和 % 。实验二 转速、电流反馈控制（双闭环）直流调速系统仿真一实验目1研究直流电动机调速系统在转速、电流反馈控制下工作。2研究直流调速系统中速度调节器ASR、电流调节器ACR工作及其对系统响应特性影响。3. 观测转速、电流反馈直流调速系统在给定阶跃输入下转速响应和电流响应。二、实验设备1计算机；2模仿实验装置系统；3A/D & D/A接口卡、扁平电缆。三、实验原理晶闸管供电双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，容许过载倍数=1.5 ；晶闸管装置放大系数：Ks=40 ；电枢回路总电阻：R=0.5 ；时间常数：Ti=0.03s， Tm=0.18s；电流反馈系数：=0.05V/A（10V/1.5IN）；转速反馈系数 = 0.07Vmin/r（10V/nN）。图1 双闭环直流调速系统仿真框图其中，电流调节器ACR传递函数为；转速调节器ASR传递函数为。四、实验内容1. 电流环仿真 （1） 建立如上图2所示系统模型。（2） 在仿真模型中增长了一种饱和非线性模块（Saturation），它来自于Discontinuities组，双击该模块，把饱和上界（Upper limit）和下届（Lower limit）参数分别设立为本例题限幅值+10和-10。如图3所示。（3） 选中Simulink模型窗口Simulation Configuration Parameters菜单项，把Sart time 和 Stop time 栏目分别填写为0.0s和0.05s。（4）启动仿真过程，用自动刻度(Autoscale)调节示波器模块所显示曲线。图2电流环仿真模型图3 Saturation模块对话框（4） 调节器参数调节：令KT = 0.25，则PI调节器传递函数为，Ki = 0.5067，i =0.03s；令KT = 0.5，则PI调节器传递函数为，Ki = 1.013，i =0.03s；令KT = 1.0，则PI调节器传递函数为，Ki = 2.027，i =0.03s。观测各组参数下电流响应曲线。2. 转速环仿真（1）建立如图4所示系统模型。图4 转速环仿真模型（2）为了在示波器模块中反映出转速、电流关系，仿真模型从Signal Routing组中选用了Mux模块来把几种输入聚合成一种向量输出给Scope。输入量个数设立为2图5聚合模块对话框（3）PI调节器采用传递函数为，Kn = 11.7，n =0.087s（4）双击阶跃输入模块把阶跃值设立为10，观测空载起动时转速和电流响应曲线。（5）Step1模块是用来输入负载电流。把负载电流设立为136，满载起动，观测其转速与电流响应曲线。五、实验报告1电流环仿真（1）画出三组参数下（KT = 0.25，0.5，1.0）电流阶跃响应曲线，分析并给出 ts 和 %。（2）在直流电动机恒流升速阶段，电流值与否低于（或高于）IN = 200A ？为什么？2转速环仿真（1）画出仿真系统空载起动时转速和电流阶跃响应曲线，分析指出不饱和、饱和、退饱和三个时间阶段，并给出 ts 和 % 。（2）画出仿真系统满载起动时转速和电流阶跃响应曲线，并给出 ts 和 % 。实验三 异步电动机仿真一实验目1以坐标系异步电动机仿真模型为核心，研究三相异步电动机动态仿真模型2观测三相异步电动机在额定电压和额定频率下，空载起动和加载过程转速和电流响应。二、实验设备1计算机；2模仿实验装置系统；3A/D & D/A接口卡、扁平电缆。三、实验原理w yr is为状态变量异步电动机动态模型：图1 坐标系下异步电动机动态构造图图2 坐标系异步电动机仿真模型异步电动机工作在额定电压和额定频率下，仿真电动机参数：Rs=1.85，Rr =2.658，Ls = 0.2941H，Lr= 0.2898H，Lm=0.2838H，J = 0.1284Nm.s2，np= 2，UN=380v，fN = 50Hz三、实验内容图3 三相异步电动机仿真模型建立三相异步电动机仿真模型（如图3所示）。将图2所示异步电动机仿真模型进行封装，如图3所示ACmotor，三相正弦对称电压uA，uB和uC通过3/2变换和2/3变换模块，得到两相电压us和us，送入坐标系中异步电动机仿真模型，输出两相电流is和is经2/3变换模块，得到三相电流iA，iB和iC 。附：3/2变换和2/3变换公式见P198（式6-92）和（式6-93）四、实验报告（1）画出仿真系统稳态电流仿真成果。（2）画出仿真系统空载起动时转速响应曲线，并给出 ts 和 % 。（3）画出仿真系统加载过程转速响应曲线，并给出 ts 和 %