电力拖动自动控制新版系统Matlab仿真实验报告.docx

电力拖动自动控制系统-Matlab仿真试验汇报试验一 二极管单相整流电路一【试验目标】1经过对二极管单相整流电路仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路基础知识；2经过试验深入加深了解二极管单向导通特征。图1-1 二极管单相整流电路仿真模型图二 【试验步骤和内容】1. 仿真模型建立 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. 仿真模型运行 仿真过程开启； 仿真参数设置；3. 观察整流输出电压、电流波形并作比较，图1-2、1-3、1-4所表示。三 【试验总结】因为负载为纯阻性，故输出电压和电流同相位，即波形相同，但幅值不等，图1-4所表示。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 试验二 三相桥式半控整流电路一【试验目标】1经过对三相桥式半控整流电路仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路基础知识；2研究三相桥式半控整流电路整流工作原理和全过程。二 【试验步骤和内容】1. 仿真模型建立：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. 仿真模型运行；仿真过程开启，仿真参数设置。对应参数设置：（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 ，Lon=0.000 1 H，Vf=0 V，Rs=50 ，Cs=250e-6 F。（3）负载参数R=10 ，L=0 H，C=inf。（4）脉冲发生器振幅为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=0时， 设为0.003 3s，0.016 6s，0.029 9 s。图2-2 =0整流输出电压等波形图当=60时，触发信号初相位依次设为0.01s，0.0233s，0.0366s。图2-3 =60整流输出电压等波形图三 .【试验总结】 三相可控整流电路中，最基础是三相半波可控整流电路，应用最为广泛是三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路和十二脉波可控整流电路等，均可在三相半波基础上进行分析。在电阻负载时，当30，负载电流连续（其=0，Ud最大）；当30，负载电流断续，电阻负载时角移相范围为0150，阻感负载时角移相范围为090。试验三 三相桥式全控整流电路一【试验目标】1. 加深了解三相桥式全控整流及有源逆变电路工作原理；2. 研究三相桥式全控整流电路整流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 【试验步骤和内容】1. 仿真模型建立：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. 仿真模型运行；仿真过程开启，仿真参数设置。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 ，Lon=0.000 1 H，Vf=0 V，Rs=50 ，Cs=250e-6 F。（3）负载参数R=10 ，L=0 H，C=inf。（4）脉冲发生器振幅为5 V， 周期为0.04 s （ 即频率为25 Hz）， 脉冲宽度为2。当=0时， 正相脉冲分别设为0.0033，0.0166，0.0299 s；-C,-A,-B相触发脉冲依次是0.01,0.0233,0.0366s.图3-2 =0整流输出电压等波形图三 .【试验总结】 现在在多种整流电路中，应用最为广泛是三相桥式全控整流电路。整流输出电压ud一周脉动六次，每次脉动波形全部一样，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移相范围是0120，带阻感负载时角移相范围是090试验四 直 流 斩 波一【试验目标】1. 加深了解斩波器电路工作原理;2. 掌握斩波器主电路、触发电路调试步骤和方法;3. 熟悉斩波器电路各点电压波形;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 【试验步骤和内容】1. 仿真模型建立：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. 仿真模型运行；仿真过程开启，仿真参数设置，直流电压E=200V。负载电压平均值为Uo=tonton+toffE=tonTE=E （4-1）式中，ton为V处于通态时间；toff为V处于断态时间；T为开关周期；为导通占空比。负载电流平均值为Io=UoR （4-2）因为占空比为50%，所以斩波输出电压负值为50V。三 .【试验总结】 依据对输出电压平均值进行调制方法不一样，斩波电路可有以下三种控制方法：1. 保持开关周期T不变，调整开关导通时间ton, 称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）;2. 保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型；3. ton和T全部可调，使占空比改变，称为混合型。试验五 单闭环转速反馈控制直流调速系统一【试验目标】1. 加深对百分比积分控制无静差直流调速系统了解；2. 研究反馈控制步骤对系统影响和作用.二 【试验步骤和内容】1. 仿真模型建立：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. 仿真模型运行；仿真过程开启，仿真参数设置.转速负反馈闭环调速系统:直流电动机：额定电压UN=220V，额定电流IdN=55A ，额定转速nN=1000r/min ,电动机电动势系数Ce=0.192Vmin/r ,假定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 ，电枢回路总电阻R=1.0 ， 电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s ，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s，转速反馈系数=0.01Vmin/r ,对应额定转速时给定电压Un*=10V .百分比积分控制直流调速系统仿真框图图5-1所表示。图5-1 百分比积分控制直流调速系统仿真框图图5-2 开环百分比控制直流调速系统仿真模型图图5-3 开环空载开启转速曲线图 图5-4 开环空载开启电流曲线图图5-5 闭环百分比控制直流调速系统仿真模型图在百分比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，伴随K值增加，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值设定要小于临界值。当电机空载开启稳定运行后，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 闭环百分比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百分比积分（PI）控制下，能够实现对系统无静差调整，即n=0,提升了系统稳定性。三 .【试验总结】 经过对此次试验仿真，验证了百分比部分能快速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态误差。百分比积分控制综合了百分比控制和积分控制两种规律优点，又克服了各自缺点，扬长避短，相互补充。若要求PI控制调速系统稳定性好，又要求系统快速性好，同时还要求稳态精度高和抗干扰性能好。不过这些指标是相互矛盾，设计时往往需要用多个手段，反复试凑。在稳、准、快和抗干扰这四个矛盾方面之间取得折中，才能取得比较满意结果。试验六 双闭环控制直流调速系统一【试验目标】1. 加深了解转速、电流反馈控制直流调速系统组成及其静特征；2. 研究调整器工程设计方法在系统中作用和地位。三 【试验步骤和内容】1. 仿真模型建立：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. 仿真模型运行；仿真过程开启，仿真参数设置。图6-1 电流环仿真模型图当KT=0.5时，电流环传输函数 WACRs= 1.013+33.77s图6-2 KT=0.5时电流环仿真图当KT=0.25, 电流环传输函数 WACRs=0.5067+16.89s图6-3 KT=0.25时电流环仿真图KT=1.0，电流环传输函数 WACRs=2.027+67.567s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阶跃响应仿真结果图6-3所表示，无超调，但上升时间长；当KT=1.0，一样得到了电流环阶跃响应仿真结果图6-4所表示，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 转速环抗扰波形图三 .【试验总结】 用工程设计方法来设计转速、电流反馈控制直流调速系统标准是先内环后外环。电流环设计完成后，把电流环等效成转速环中一个步骤，再用一样方法设计转速环。工程设计时，首先依据经典I型系统或II型系统方法计算调整器参数，然后利用Matlab下Simulink软件进行仿真，灵活修正调整器参数，直至得到满意结果。试验七 异步电动机定子电流测定及调速方法一【试验目标】1. 了解异步电动机动态数学模型性质；2. 了解坐标变换基础思绪；3. 深入掌握异步电动机调速方法；4.学会M文件编写和运行。图7-1 三相异步电动机仿真模型图二【试验步骤和内容】1. 仿真模型建立：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. 仿真模型运行：仿真过程开启，仿真参数设置。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转速仿真图异步电动机调速方法额定条件下磁链和机械特征曲线图Un=380v, fn=50Hz, 图7-4 额定条件下磁链曲线图 图7-5 额定条件下机械特征图1. 调压调速电动机同时转速保持为额定值不变，伴随电压降低最大电磁转矩减小。图7-6 电压在300V下机械特征图图7-7 电压在280V下机械特征图2. 恒压频比，基频以下调速同时转速下降，最大电磁转矩下降（这里频率为弧度制）图7-8 350/289下机械特征图图7-9 280/231下机械特征图3. 电压不变，基频以上调速最大电磁转矩下降、同时转速上升。图7-10 频率为340rad/s下机械特征图图7-11 频率为380rad/s下机械特征图试验八 异步电动机转子电流测定一【试验目标】1. 了解异步电动机动态数学模型性质；2. 了解坐标变换基础思绪；3. 深入掌握异步电动机调速方法；4.学会M文件编写和运行。二【试验步骤和内容】1. 仿真模型建立：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. 仿真模型运行：仿真过程开启，仿真参数设置。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电流仿真图三 .【试验总结】 在采取矢量控制技术后，经过坐标变换，能够把交流电动机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转矩和磁通，能够取得和直流电动机相仿高动态性能。在进行异步电动机仿真时，没有必需对四种状态方程逐一进行，只要以一个为内核，在外围加上坐标变换和状态变换，就可得到在不一样坐标系下、不一样状态量仿真结果。