电力拖动Matlab仿真试验参考指导书
时间：2020-11-08 12:54:59 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
试验一 转速反馈控制（单闭环）直流调速系统仿真
一．试验目标
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整器ASR工作及其对系统响应特征影响。
3. 观察转速反馈直流调速系统在给定阶跃输入下转速响应。
二、试验设备
1．计算机；
2．模拟试验装置系统；
3．A/D & D/A接口卡、扁平电缆（以下图所表示）。
三、试验原理
直流电动机：额定电压 ， 额定电流 ,
额定转速 ，电动机电势系数
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=1.0Ω ，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 。
转速反馈系数α=0.01 V·min/r 。
对应额定转速时给定电压
图1 百分比积分控制直流调速系统仿真框图
四、试验内容
1. 仿真模型建立
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：经过单击SIMULINK工具栏中新模型图标或选择File→New→Model菜单项实现。
(2)复制相关模块：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，则出现相关该图案对话框，经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，|
描述加法器三路输入符号，|表示该路没有信号，用|+-替换原来符号。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
分母多项式系数
分子多项式系数
比如，0.002s+1是用向量[0.002 1]来表示。
图5 传输函数Transfer Fen模块对话框
阶跃值，可改到10 。
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
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
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
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。
单击某模块，选择Format →Rotate Block菜单项可使模块旋转90°；选择Format→Flip Block菜单项可使模块翻转。
把鼠标移到期望分支线起点处，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，就完成了分支线绘制。
2. 仿真模型运行 图9 百分比积分控制无静差直流调速系统仿真模型
在控制系统中设置调整器是为了改善系统静、动态性能。在采取PI调整器后，组成是无静差调速系统，图9所表示仿真模型。
(1)仿真过程开启：单击开启仿真工具条按钮，或选择Simulation→Start菜单项，则可开启仿真过程，再双击示波器模块就能够显示仿真结果。
(2)仿真参数设置：为了清楚地观察仿真结果，需要对示波器显示格式作一个修改，对示波器默认值逐一改动。改动方法有多个，其中一个方法是选中SIMULINK模型窗口Simulation→Configuration 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置。
结束时间修改为0.6
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)开启Scope工具条中“自动刻度”按钮。把目前窗中信号最大最小值为纵坐标上下限，得到清楚图形。
自动刻度
自动刻度
图11 修改控制参数后仿真结果
3. 调整器参数调整
在图9所表示PI控制无静差直流调速系统仿真模型中，改变百分比系数和积分系数，能够轻而易举地得到振荡、有静差、无静差、超调大或开启快等不一样转速曲线。仿真曲线反应了对给定信号跟随性能。
选择适宜PI参数：
(1) , (2) , (3) ，
观察系统转速响应结果。
五、试验汇报
1．依据给定系统各项参数（见“试验原理”部分），每个步骤传输函数。
2．画出仿真系统三组PI参数下阶跃响应波形，并给出 ts 和σ % 。
试验二 转速、电流反馈控制（双闭环）直流调速系统仿真
一．试验目标
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整器ASR、电流调整器ACR工作及其对系统响应特征影响。
3. 观察转速、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、试验设备
1．计算机；
2．模拟试验装置系统；
3．A/D & D/A接口卡、扁平电缆。
三、试验原理
晶闸管供电双闭环直流调速系统，整流装置采取三相桥式电路，基础数据以下：
直流电动机：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，许可过载倍数λ=1.5；
晶闸管装置放大系数：Ks=40；
电枢回路总电阻：R=0.5Ω；
时间常数：Ti=0.03s， Tm=0.18s；
电流反馈系数：β=0.05V/A（≈10V/1.5IN
转速反馈系数α = 0.07Vmin/r（≈10V/nN）。
图1 双闭环直流调速系统仿真框图
其中，电流调整器ACR传输函数为；
转速调整器ASR传输函数为。
四、试验内容
1. 电流环仿真
建立如上图2所表示系统模型。
在仿真模型中增加了一个饱和非线性模块（Saturation），它来自于Discontinuities组，双击该模块，把饱和上界（Upper limit）和下届（Lower limit）参数分别设置为本例题限幅值+10和-10。图3所表示。
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）开启仿真过程，用自动刻度(Autoscale)调整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
调整器参数调整：
令KT = 0.25，则PI调整器传输函数为, Ki = 0.5067, τi =0.03s；
令KT = 0.5，则PI调整器传输函数为，Ki = 1.013, τi =0.03s；
令KT = 1.0，则PI调整器传输函数为, Ki = 2.027, τi =0.03s。
观察各组参数下电流响应曲线。
2. 转速环仿真
（1）建立图4所表示系统模型。
图4 转速环仿真模型
（2）为了在示波器模块中反应出转速、电流关系，仿真模型从Signal Routing组中选择了Mux模块来把多个输入聚合成一个向量输出给Scope。
输入量个数设置为2
输入量个数设置为2
图5 聚合模块对话框
（3）PI调整器采取传输函数为，Kn = 11.7, τn =0.087s
（4）双击阶跃输入模块把阶跃值设置为10，观察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。把负载电流设置为136，满载起动，观察其转速和电流响应曲线。
五、试验汇报
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σ %。
（2）在直流电动机恒流升速阶段，电流值是否低于（或高于）λIN = 200A ？为何？
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σ % 。
（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σ % 。
试验三 异步电动机仿真
一．试验目标
1．以αβ坐标系异步电动机仿真模型为关键，研究三相异步电动机动态仿真模型
2．观察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、试验设备
1．计算机；
2．模拟试验装置系统；
3．A/D & D/A接口卡、扁平电缆。
三、试验原理
w —yr — is为状态变量异步电动机动态模型：
图1 αβ坐标系下异步电动机动态结构图
图2 αβ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=1.85Ω, Rr =2.658Ω, Ls = 0.2941H, Lr= 0.2898H, Lm=0.2838H, J = 0.1284Nm.s2, np= 2, UN=380v, fN = 50Hz
三、试验内容
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（图3所表示）。
将图2所表示异步电动机仿真模型进行封装，图3所表示ACmotor，三相正弦对称电压uA，uB和uC经过3/2变换和2/3变换模块，得到两相电压usα和usβ，送入αβ坐标系中异步电动机仿真模型，输出两相电流isα和isβ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、试验汇报
（1）画出仿真系统稳态电流仿真结果。
（2）画出仿真系统空载起动时转速响应曲线，并给出 ts 和σ % 。
（3）画出仿真系统加载过程转速响应曲线，并给出 ts 和σ %
