电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告.docx

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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．【实验目的】

　　1．通过对二极管单相整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；

　　2．通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。

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.仿真模型的建立

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.仿真模型的运行

1仿真过程的启动；

2仿真参数的设置；

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．【实验目的】

1．通过对三相桥式半控整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；

2．研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。

二．【实验步骤和内容】

1.仿真模型的建立：

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.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。

相应的参数设置：

（1）交流电压源参数U=100V，f=25Hz，三相电源相位依次延迟120°。

（2）晶闸管参数Rn=0.001Ω，Lon=0.0001H，Vf=0V，Rs=50Ω，Cs=250e-6F。

（3）负载参数R=10Ω，L=0H，C=inf。

（4）脉冲发生器的振幅为5V，周期为0.04s（即频率为25Hz），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0.0033s，0.0166s，0.0299s。

图2-2α=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2-3α=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，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的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，均可在三相半波的基础上进行分析。

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

的移相范围为0~150°，阻感负载时

的移相范围为0~90°。

实验三三相桥式全控整流电路

一．【实验目的】

1.加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理；

2.研究三相桥式全控整流电路整流的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.仿真模型的建立：

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.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。

参数设置：

（1）交流电压源参数U=100V，f=25Hz，三相电源相位依次延迟120°。

（2）晶闸管参数Rn=0.001Ω，Lon=0.0001H，Vf=0V，Rs=50Ω，Cs=250e-6F。

（3）负载参数R=10Ω，L=0H，C=inf。

（4）脉冲发生器的振幅为5V，周期为0.04s（即频率为25Hz），脉冲宽度为2。

当α=0°时，正相脉冲分别设为0.0033，0.0166，0.0299s；-C,-A,-B相触发脉冲依次是0.01,0.0233,0.0366s.

图3-2α=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，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路。

整流输出电压ud一周脉动六次，每次脉动的波形都一样，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

角的移相范围是0~120°，带阻感负载时

角的移相范围是0~90°

实验四直流斩波

一．【实验目的】

1.加深理解斩波器电路的工作原理;

2.掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法;

3.熟悉斩波器电路各点的电压波形;

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.仿真模型的建立：

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.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置，直流电压E=200V。

负载电压的平均值为

（4-1）

式中，

为V处于通态的时间；

为V处于断态的时间；T为开关周期；

为导通占空比。

负载电流的平均值为

（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的方式不同，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（PulseWidthModulation，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．【实验目的】

1.加深对比例积分控制的无静差直流调速系统的理解；

2.研究反馈控制环节对系统的影响和作用.

二．【实验步骤和内容】

1.仿真模型的建立：

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.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置.

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，装置的放大系数

，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

对应额定转速时的给定电压

比例积分控制的直流调速系统的仿真框图如图5-1所示。

图5-1比例积分控制的直流调速系统的仿真框图

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值的增加，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值的设定要小于临界值。

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5-6k=0.56转速曲线图

图5-7k=0.56电流曲线图

图5-8k=2.5转速曲线图

图5-9k=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5-11PI控制转速n曲线图

图5-12PI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

提高了系统的稳定性。

三.【实验总结】

通过对本次实验的仿真，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的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。

若要求PI控制调速系统的稳定性好，又要求系统的快速性好，同时还要求稳态精度高和抗干扰性能好。

但是这些指标是互相矛盾的，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的方面之间取得折中，才能获得比较满意的结果。

实验六双闭环控制直流调速系统

一．【实验目的】

1.加深了解转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性；

2.研究调节器的工程设计方法在系统中的作用和地位。

三．【实验步骤和内容】

1.仿真模型的建立：

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.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。

图6-1电流环仿真模型图

当KT=0.5时，电流环传递函数

图6-2KT=0.5时电流环仿真图

当KT=0.25,电流环传递函数

图6-3KT=0.25时电流环仿真图

KT=1.0，电流环传递函数

图6-4KT=1.0时电流环仿真图

当KT=0.25时，很快地得到了电流环的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，同样得到了电流环的阶跃响应的仿真结果如图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转速环的抗扰波形图

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的原则是先内环后外环。

电流环设计完成后，把电流环等效成转速环中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。

工程设计时，首先根据典型I型系统或II型系统的方法计算调节器参数，然后利用Matlab下的Simulink软件进行仿真，灵活修正调节器参数，直至得到满意的结果。

实验七异步电动机定子电流测定及调速方式

一．【实验目的】

1.了解异步电动机动态数学模型的性质；

2.理解坐标变换的基本思路；

3.进一步掌握异步电动机调速方法；

4.学会M文件的编写与运行。

图7-1三相异步电动机仿真模型图

二．【实验步骤和内容】

1.仿真模型的建立：

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.仿真模型的运行：

仿真过程的启动，仿真参数的设置。

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的转速仿真图

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的转速仿真图

异步电动机调速方式

额定条件下的磁链和机械特性曲线图

Un=380v,fn=50Hz,

图7-4额定条件下的磁链曲线图

图7-5额定条件下的机械特性图

1.调压调速

电动机同步转速保持为额定值不变，随着电压的降低最大电磁转矩减小。

图7-6电压在300V下的机械特性图

图7-7电压在280V下的机械特性图

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7-8350/289下的机械特性图

图7-9280/231下的机械特性图

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下的机械特性图

图7-11频率为380rad/s下的机械特性图

实验八异步电动机转子电流的测定

一．【实验目的】

1.了解异步电动机动态数学模型的性质；

2.理解坐标变换的基本思路；

3.进一步掌握异步电动机调速方法；

4.学会M文件的编写与运行。

二．【实验步骤和内容】

1.仿真模型的建立：

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.仿真模型的运行：

仿真过程的启动，仿真参数的设置。

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的电流仿真图

三.【实验总结】

在采用矢量控制技术后，通过坐标变换，可以把交流电动机的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的转矩和磁通，可以获得和直流电动机相仿的高动态性能。

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、不同状态量的仿真结果。