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，电阻负载时角的移相范围为0~150°，阻感负载时角的移相范围为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Uotonton+toffEtonTEE（4-1）式中，ton为V处于通态的时间；toff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IoUoR（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ton,称为脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，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𝑈𝑁22𝑉，额定电流𝐼𝑑𝑁55𝐴，额定转速𝑛𝑁1𝑟/min,电动机电动势系数Ce.192V·min/r,假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks44，滞后时间常数Ts.167s，电枢回路总电阻R1.Ω，电枢回路电磁时间常数Tl.167s，电力拖动系统机电时间常数Tm.75s，转速反馈系数.1V·min/r,对应额定转速时的给定电压Un∗1V.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∆n,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𝐖𝐀𝐂𝐑(𝐬)𝟏.𝟎𝟏𝟑+𝟑𝟑.𝟕𝟕𝐬图6-2KT=0.5时电流环仿真图当KT=0.25,电流环传递函数𝐖𝐀𝐂𝐑(𝐬)𝟎.𝟓𝟎𝟔𝟕+𝟏𝟔.𝟖𝟗𝐬图6-3KT=0.25时电流环仿真图KT=1.0，电流环传递函数𝐖𝐀𝐂𝐑(𝐬)𝟐.𝟎𝟐𝟕+𝟔𝟕.𝟓𝟔𝟕𝐬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。