電力拖動Matlab仿真實驗指導(dǎo)書

1、試驗一 轉(zhuǎn)速反饋把握（單閉環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)仿真一試驗?zāi)康?爭辯直流電動機調(diào)速系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速反饋把握下的工作。2爭辯直流調(diào)速系統(tǒng)中速度調(diào)整器ASR的工作及其對系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響。3. 觀看轉(zhuǎn)速反饋直流調(diào)速系統(tǒng)在給定階躍輸入下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)。二、試驗設(shè)備1計算機；2模擬試驗裝置系統(tǒng)；3A/D & D/A接口卡、扁平電纜（如下圖所示）。三、試驗原理l 直流電動機：額定電壓 ， 額定電流 ,額定轉(zhuǎn)速 ，電動機電勢系數(shù) l 晶閘管整流裝置輸出電流可逆，裝置的放大系數(shù) Ks=44，滯后時間常數(shù) Ts=0.00167s 。l 電樞回路總電阻 R=1.0 ，電樞回路電磁時間常數(shù)T1=0.00167s，電力拖動

2、系統(tǒng)機電時間常數(shù)Tm =0.075s 。l 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.01 V·min/r 。l 對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓 圖1 比例積分把握的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖四、試驗內(nèi)容1. 仿真模型的建立n 進入MATLAB，單擊MATLAB命令窗口工具欄中的SIMULINK圖標(biāo)，圖2 SIMULINK模塊掃瞄器窗口(1)打開模型編輯窗口：通過單擊SIMULINK工具欄中新模型的圖標(biāo)或選擇FileNewModel菜單項實現(xiàn)。(2)復(fù)制相關(guān)模塊：雙擊所需子模塊庫圖標(biāo)，則可打開它，以鼠標(biāo)左鍵選中所需的子模塊，拖入模型編輯窗口。在本例中拖入模型編輯窗口的為：Source組中的Step模塊；Math Op

3、erations組中的Sum模塊和Gain模塊；Continuous組中的Transfer Fcn模塊和Integrator模塊；Sinks組中的Scope模塊； 圖3 模型編輯窗口(3)修改模塊參數(shù)： 雙擊模塊圖案，則消滅關(guān)于該圖案的對話框，通過修改對話框內(nèi)容來設(shè)定模塊的參數(shù)。雙擊sum模塊，Transfer Fen模塊，Step模塊，Gain模塊，Integrator模塊 描述加法器三路輸入的符號，|表示該路沒有信號，用|+-取代原來的符號。得到減法器。 圖4加法器sum模塊對話框分母多項式系數(shù) 分子多項式系數(shù) 例如，0.002s+1是用向量0.002 1來表示的。 圖5傳遞函數(shù)Trans

4、fer Fen模塊對話框階躍值，可改到10 。階躍時刻，可改到0 。圖6 階躍輸入step模塊對話框填寫所需要的放大系數(shù) 圖7增益模塊對話框積分飽和值,可改為10。積分飽和值,可改為-10。圖8 Integrator模塊對話框(4)模塊連接 n 以鼠標(biāo)左鍵點擊起點模塊輸出端，拖動鼠標(biāo)至終點模塊輸入端處，則在兩模塊間產(chǎn)生“”線。n 單擊某模塊，選取Format Rotate Block菜單項可使模塊旋轉(zhuǎn)90°；選取FormatFlip Block菜單項可使模塊翻轉(zhuǎn)。n 把鼠標(biāo)移到期望的分支線的起點處，按下鼠標(biāo)的右鍵，看到光標(biāo)變?yōu)槭趾?，拖動鼠?biāo)直至分支線的終點處，釋放鼠標(biāo)按鈕，就完成了

5、分支線的繪制。2. 仿真模型的運行 圖9 比例積分把握的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型在把握系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)整器是為了改善系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能。在接受PI調(diào)整器后，構(gòu)成的是無靜差調(diào)速系統(tǒng)，如圖9所示的仿真模型。(1)仿真過程的啟動：單擊啟動仿真工具條的按鈕，或選擇SimulationStart菜單項，則可啟動仿真過程，再雙擊示波器模塊就可以顯示仿真結(jié)果。(2)仿真參數(shù)的設(shè)置：為了清楚地觀測仿真結(jié)果，需要對示波器顯示格式作一個修改，對示波器的默認值逐一改動。改動的方法有多種，其中一種方法是選中SIMULINK模型窗口的SimulationConfiguration Parameters菜單項，打開仿真把

6、握參數(shù)對話框，對仿真把握參數(shù)進行設(shè)置。結(jié)束時間修改為0.6秒 仿真的起始時間 圖10 SIMULINK仿真把握參數(shù)對話框(3)啟動Scope工具條中的“自動刻度”按鈕。把當(dāng)前窗中信號的最大最小值為縱坐標(biāo)的上下限，得到清楚的圖形。自動刻度圖11 修改把握參數(shù)后的仿真結(jié)果3. 調(diào)整器參數(shù)的調(diào)整在圖9所示的PI把握無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型中，轉(zhuǎn)變比例系數(shù)和積分系數(shù)，可以輕而易舉地得到振蕩、有靜差、無靜差、超調(diào)大或啟動快等不同的轉(zhuǎn)速曲線。仿真曲線反映了對給定信號的跟隨性能。選擇合適的PI參數(shù)：(1) , (2) , (3) ，觀看系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)結(jié)果。五、試驗報告1依據(jù)給定系統(tǒng)的各項參數(shù)（見“試驗原

7、理”部分），每個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。2畫出仿真系統(tǒng)三組PI參數(shù)下的階躍響應(yīng)波形，并給出 ts 和 % 。歡迎下載試驗二 轉(zhuǎn)速、電流反饋把握（雙閉環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真一試驗?zāi)康?爭辯直流電動機調(diào)速系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速、電流反饋把握下的工作。2爭辯直流調(diào)速系統(tǒng)中速度調(diào)整器ASR、電流調(diào)整器ACR的工作及其對系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響。3. 觀看轉(zhuǎn)速、電流反饋直流調(diào)速系統(tǒng)在給定階躍輸入下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)和電流響應(yīng)。二、試驗設(shè)備1計算機；2模擬試驗裝置系統(tǒng)；3A/D & D/A接口卡、扁平電纜。三、試驗原理晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置接受三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動機：220V，136A，1460r

8、/min，Ce=0.132Vmin/r，允許過載倍數(shù)=1.5 ；晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40 ；電樞回路總電阻：R=0.5 ；時間常數(shù)：Ti=0.03s， Tm=0.18s；電流反饋系數(shù)：=0.05V/A（10V/1.5IN）；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) = 0.07Vmin/r（10V/nN）。圖1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖其中，電流調(diào)整器ACR的傳遞函數(shù)為；轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR的傳遞函數(shù)為。四、試驗內(nèi)容1. 電流環(huán)的仿真 （1） 建立如上圖2所示的系統(tǒng)模型。（2） 在仿真模型中增加了一個飽和非線性模塊（Saturation），它來自于Discontinuities組，雙擊該模塊，把飽和上界（Upper

9、 limit）和下屆（Lower limit）參數(shù)分別設(shè)置為本例題的限幅值+10和-10。如圖3所示。（3） 選中Simulink模型窗口的Simulation Configuration Parameters菜單項，把Sart time 和 Stop time 欄目分別填寫為0.0s和0.05s。（4）啟動仿真過程，用自動刻度(Autoscale)調(diào)整示波器模塊所顯示的曲線。圖2電流環(huán)的仿真模型圖3 Saturation模塊對話框（4） 調(diào)整器參數(shù)的調(diào)整：令KT = 0.25，則PI調(diào)整器的傳遞函數(shù)為, Ki = 0.5067, i =0.03s；令KT = 0.5，則PI調(diào)整器的傳遞函數(shù)為

10、，Ki = 1.013, i =0.03s；令KT = 1.0，則PI調(diào)整器的傳遞函數(shù)為, Ki = 2.027, i =0.03s。觀看各組參數(shù)下的電流響應(yīng)曲線。2. 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真（1）建立如圖4所示的系統(tǒng)模型。圖4 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型（2）為了在示波器模塊中反映出轉(zhuǎn)速、電流的關(guān)系，仿真模型從Signal Routing組中選用了Mux模塊來把幾個輸入聚合成一個向量輸出給Scope。輸入量的個數(shù)設(shè)置為2圖5聚合模塊對話框（3）PI調(diào)整器接受傳遞函數(shù)為，Kn = 11.7, n =0.087s（4）雙擊階躍輸入模塊把階躍值設(shè)置為10，觀看空載起動時的轉(zhuǎn)速和電流的響應(yīng)曲線。（5）Step1模塊是用

11、來輸入負載電流的。把負載電流設(shè)置為136，滿載起動，觀看其轉(zhuǎn)速與電流響應(yīng)曲線。五、試驗報告1電流環(huán)仿真（1）畫出三組參數(shù)下（KT = 0.25, 0.5, 1.0）電流的階躍響應(yīng)曲線，分析并給出 ts 和 %。（2）在直流電動機的恒流升速階段，電流值是否低于（或高于）IN = 200A ？為什么？2轉(zhuǎn)速環(huán)仿真（1）畫出仿真系統(tǒng)空載起動時的轉(zhuǎn)速和電流的階躍響應(yīng)曲線，分析指出不飽和、飽和、退飽和三個時間階段，并給出 ts 和 % 。（2）畫出仿真系統(tǒng)滿載起動時的轉(zhuǎn)速和電流的階躍響應(yīng)曲線，并給出 ts 和 % 。試驗三 異步電動機的仿真一試驗?zāi)康?以坐標(biāo)系異步電動機仿真模型為核心，爭辯三相異步電動機

12、的動態(tài)仿真模型2觀看三相異步電動機在額定電壓和額定頻率下，空載起動和加載過程的轉(zhuǎn)速和電流響應(yīng)。二、試驗設(shè)備1計算機；2模擬試驗裝置系統(tǒng)；3A/D & D/A接口卡、扁平電纜。三、試驗原理w yr is為狀態(tài)變量的異步電動機動態(tài)模型：圖1 坐標(biāo)系下的異步電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖2 坐標(biāo)系異步電動機的仿真模型異步電動機工作在額定電壓和額定頻率下，仿真電動機參數(shù)：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、試驗內(nèi)容圖3 三相異步電動機仿真模型建立三相異步電動機的仿真模型（如圖3所示）。將圖2所示的異步電動機仿真模型進行封裝，如圖3所示的ACmotor，三相正弦對稱電壓uA，uB和uC經(jīng)過3/2變換和2/3變換模塊，得