电力拖动与自动控制实验设计.doc

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1、目 录 1 转速反馈控制直流调速系统的仿真31.1实验目的31.2转速反馈控制直流调速系统仿真3实验小结62 转速、电流反馈控制直流调速系统仿真71.1实验目的及内容71.2双闭环直流调速系统两个调节器的作用71.3电流环仿真模型设计71.4转速环仿真模型设计81.5转速环的系统仿真8实验小结103 基于MATLAB的SIMULINK下的3/2变换111.1根据步骤可得仿真图11实验小结134双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验141.1实验目的141.2实验原理141.3实验内容141.4实验仿真151.5系统的仿真、仿真结果和输出及结果分析16实验小结185参考文献191 转速反馈控制直流调

2、速系统的仿真1.1实验目的（1）了解MATLAB下SIMULINK软件的操作环境和使用方法。（2）对转速反馈控制直流调速系统进行仿真和参数的调整。1.2转速反馈控制直流调速系统仿真根据课本的操作步骤可得到如下的仿真框图：图 1 仿真框图（1）运行仿真模型结果如下：图2 电枢电流随时间变化的规律图3 电机转速随时间变化的规律（2）调节参数 Kp=0.25 1/=3 系统转速的响应无超调但调节时间长（3）调节参数Kp=0.8 1/=15 系统转速的响应的超调较大，但快速性较好实验小结 通过本次实验初步了解了MATLAB下SIMULINK的基本功能，对仿真图的建立了解了相关模块的作用和参数设置。并可

3、将其方法推广到其他类型控制系统的仿真中。 2转速、电流反馈控制直流调速系统仿真1.1实验目的及内容 了解使用调节器的工程设计方法，是设计方法规范化，大大减少工作计算量，但工程设计是在一定近似条件下得到的，用MATLAB仿真可根据仿真结果对设计参数进行必要的修正和调整。转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广泛的直流调速系统，对于需要快速正、反转运行的调速系统，缩短起动、制动过程的时间成为提高生产效率的关键。为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统里设置两个调节器，组成串级控制。1.2双闭环直流调速系统两个调节器的作用1)转速调节器的作用（1）使转速n跟随给定电压变化，

4、当偏差电压为零时，实现稳态无静差。（2）对负载变化起抗扰作用。（3）其输出限幅值决定允许的最大电流。2)电流调节器的作用（1）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化。（2）对电网电压波动起及时抗扰作用。（3）起动时保证获得允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动。（4）当电机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起大快速的安全保护作用。当故障消失时，系统能够自动恢复正常。1.3电流环仿真模型设计图2.1 电流环仿真模型1.4转速环仿真模型设计图2.2转速环仿真模型1.5转速环的系统仿真1）PI调节器按照计算出来的结果：。空载起动时波形为：图2.3 转速环空载起动输出波形2）满载运行时

5、起动的波形：图2.4 转速环满载高速起动输出波形3）抗干扰性的测试：图2.5 转速环的抗干扰输出波形实验小结 通过本次实验了解到了在工程设计下近似计算的优点和缺点，并了解了如何根据仿真结果对设计参数的修正和调整，同时，对SIMULINK的模块也更加熟悉了。 183 基于MATLAB的SIMULINK下的3/2变换1.1根据步骤可得仿真图 图3.1 3/2变换仿真图（1）仿真结果 实验小结 通过本次次试验对于3/2变换有了基本的了解，通过x、y和z坐标到d、q坐标的变换可节省大量的计算，并是结构图简化，简明易读。4双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验1.1实验目的 （1）了解闭环不可逆直流调速系统

6、的原理，其组成及各主要单元部件的原理。 （2）掌握双闭环不可逆直流系统的调试步骤、方法及参数的整定。 （3）研究调节器参数对系统动态性能的影响。1.2实验原理 由于加工和运行的要求，许多生产机械的电动机经常处于启动、制动、反转的过渡过程中，因此启动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。为缩短这一部分时间，仅采用比例积分调节器的转速反馈单闭环调速系统，其性能还不能令人满意。双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行结合调节的，可获得良好的动、静态性能（两个调节器均采用比例积分调节器）。由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑

7、制电网电压扰动对转速的影响。实验系统的原理图如图5.17所示。启动时，加入给定电压，速度调节和电流调节器即以饱和限幅值输出，使电动机以限的最大启动电流加速启动电流加速启动，值到电动机转速达到给定转速（=U）并在出现超调。此时，速度调节器和电流调节器退出饱和，使电动机最后稳定在略低于给定转速值的状态中运行。 在系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可改变电动机的转速。电流调节器、速度调节器的输出限幅可达到限制启动电流的目的。电流调节器的输出作为触发电路得控制电压U，利用电流调节器的输出限幅可达到限制的目的。1.3实验内容(1) 各控制单元调试。(2) 测定电流反馈系数、转速负反馈系

8、数。(3) 测定开环机械特性及高、低转速时系统的闭环静态特性n=f(I)(4) 测定闭环控制特性n=f(U).(5) 观察、记录系统动态波形。1.4实验仿真 多环直流调速系统与开环、单环直流调速系统的主电路模型是一样的，主电路仍然是由交流电源、同步脉冲出发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。其差别反映在控制电路上，多环系统的控制电路更复杂。 双闭环直流调速系统的原理框图如图5.17所示。图5.18是采用面向电气原理结构图方法构成的双闭环系统仿真模型。图 1）系统的建模和模型参数设置（1）主电路的建模和参数设置转速、电流双闭环直流调速系统主电路的建模和模型参数设置与单闭环直流调速

9、系统的建模和模型参数设置绝大部分程序相同，只是通过仿真实验将平波电抗器的电感值修改为9e-3（）H.（2）控制电路的建模和参数设置转速、电流双闭环系统的控制电路包括给定环节、速度调节器ACR、限幅器、偏置电路、反相器、电流反馈环节、速度反馈环节等。其中限幅器、偏置电路、反相器的作用、建模和参数设置与第六章第二节实验相同。给定环节的参数设置为120Rad/s，电流反馈系数设为0.1，转速负反馈系数为1.双闭环系统有两个比例积分调节器，分别为ACR和ASR。这两个调节器的参数设置为，对ACR， =2，=100，上下幅限值为120，-120；对于ASR， =1.2，=10，上下幅限值为40，-40。

10、（3）系统的仿真参数设置通过仿真算法的比较实验，本系统选择的仿真算法为ode23tb，仿真“Start time”设为0，“Stop time”设为2.5其他与第五章第二节相同。1.5系统的仿真、仿真结果和输出及结果分析当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。图5。19所示是转速、电流双闭环直流调速系统的电流曲线和转速曲线。从仿真的结果可以看出，它非常接近于理论分析的波形。图（）转速电流双闭环调速系统的电流曲线和转速曲线（）电动机角频率与电枢电流关系曲线下面分析一下仿真的结果。启动过程的第一阶段是电流上升阶段，由于突加给定电压，ASR的输入很大，其输出很快达到限幅值，电流也很快上升，接近其最

11、大值。第二阶段，ASR饱和，转速控制环相当于开环状态，系统表现为恒定电流给定作用下的电流调速系统，电流调节器的给定电压于反馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分的作用，其输出还很大，所以出现超调。转速超调之后，ASR输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线性调解阶段，使速度保持恒定，实际结果也基本反映了这一点。实验小结 通过本实验的仿真，对双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验有了更好的了解，参数及波形的进一步认识，也对模型的进一步熟悉。波形的判别和功能也得到了确定。5参考文献1康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分（第五版）M. 北京：高等教育出版社20052皮文兵. 一种宽输入范围的模拟乘法器设计J. 电子设计应用.2007.13（1）：88-903 焦春生.新型绿色能效D类音频放大器设计应用EB/OL.4 张筑生. 微分半动力系统的不变集 D. 北京: 北京大学数学系数学研究所, 1983