实验一、开环直流调速系统的仿真实验

第 1 页 共 7 页 实验一 开环直流调速系统的仿真 一 实验目的 1 熟悉并掌握利用 MATLAB 中 Simulink 建立直流调速系统的仿真模型和进行仿真实 验的方法 2 掌握开环直流调速系统的原理及仿真方法 二 实验内容 开环直流调速系统的仿真框图如图 1 所示 根据系统各环节的参数在 Simulink 中建立 开环直流调速系统的仿真模型 按照要求分别进行仿真实验 输出直流电动机的电枢 电流 Id 和转速 n 的响应数据 绘制出它们的响应曲线 并对实验数据进行分析 给出 相应的结论 n Us s s 1 K T s 1 1 l R Ts m R T s e 1 C n sE d Is dL Is 图 1 开环直流调速系统的仿真框图 开环直流调速系统中各环节的参数如下 直流电动机 额定电压 UN 220 V 额定电流 IdN 55 A 额定转速 nN 1000 r min 电动机电势系数 Ce 0 192 V min r 假定晶闸管整流装置输出电流可逆 装置的放大系数 Ks 44 滞后时间常数 Ts 0 00167 s 电枢回路总电阻 R 1 0 电枢回路电磁时间常数 Tl 0 00167 s 电力拖动系统机电 时间常数 Tm 0 075 s 对应额定转速时的给定电压 Un 4 364V 三 实验步骤 1 根据开环直流调速系统的各环节参数建立空载时的 Simulink 仿真框图 如图 2 所 示 图 2 空载时开环直流调速系统的仿真框图 2 设置合适的仿真时间 利用 out 器件或示波器将相关数据输出到 MATLAB 的 Workspace 中 并在 MATLAB 中利用 plot X Y 函数绘制出空载时直流电动机的电 第 2 页 共 7 页 枢电流 Id 和转速 n 的响应曲线 记录并分析实验数据 给出相应的结论 3 根据开环直流调速系统的各环节参数建立带负载时的 Simulink 仿真框图 如图 3 所示 图 3 带负载时开环直流调速系统的仿真框图 4 设置合适的仿真时间 在 1s 时分别加入负载电流为 IdL 10 20 50A 利用 out 器件或示波器将相关数据输出到 MATLAB 的 Workspace 中 并在 MATLAB 中利用 plot X Y 函数绘制出在 1s 时加入负载电流分别为 IdL 10 20 50A 时直流电动机 的电枢电流 Id 和转速 n 的响应曲线 记录并分析实验数据 给出相应的结论 5 设置合适的仿真时间 在 1s 时分别加入负载电流为 IdL 20A 修改给定电压 Un 的值 取 3 组不同的值 利用 out 器件或示波器将相关数据输出到 MATLAB 的 Workspace 中 并在 MATLAB 中利用 plot X Y 函数绘制出在 1s 时加入负载电流分 别为 IdL 20A 时直流电动机的电枢电流 Id 和转速 n 的响应曲线 记录并分析实验数据 给出相应的结论 证明开环时转速降落只与负载电流有关 而与给定电压无关 4 数据分析 第 3 页 共 7 页 00 20 40 60 811 21 41 61 82 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 t s id A 下 下 下 下 下 下 id 00 20 40 60 811 21 41 61 82 0 200 400 600 800 1000 1200 t s n r min 下 下 下 下 n T s00 010 050 511 11 5 Id A0174 95102 060 370 050 110 05 n r min0102 95481 29991000 11000 11000 1 在 0 1s 里 电流快速减小 1s 后 电流趋于平稳 而在 0 1s 里 电机转速快速 上升 1s 后达到稳定 第 4 页 共 7 页 00 20 40 60 811 21 41 61 82 0 200 400 600 800 1000 1200 t s n r min 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 n1 n2 n3 00 20 40 60 811 21 41 61 82 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 t s id A 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 id1 id2 id3 T s00 010 050 511 21 5 Id1 A0174 45102 060 370 029 3710 12 n1 r min0102 95481 2998 921000 1951 63948 04 第 5 页 共 7 页 由上表可知 在 0 1s 内 随着 id 的减小 n 逐渐增大 在 1s 时突加负载电流 id 逐渐增大 n 逐渐减小 且随着负载电流的增大 id 增大越明显 n 减小越明显 00 20 40 60 811 21 41 61 82 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 t s n r min 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 n1 n2 n3 Id2 A0174 45102 060 370 0218 7320 12 n2 r min0102 95481 2998 921000 1902 74896 01 Id3 A0174 45102 060 370 0246 7549 97 n3 r min0102 95481 2998 921000 1756 76739 96 第 6 页 共 7 页 00 20 40 60 811 21 41 61 82 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 t s id A 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 id1 id2 id3 T s00 010 050 511 21 5 Id1 A0395 69229 820 590 0219 13820 5 n1 r min0265 491122 52289 12291 721942187 6 Id2 A0598 33346 851 180 1718 7520 16 n2 r min0364 1416753433 53437 53340 23333 4 Id3 A0801 62474 261 84 0 0718 5219 7 n3 r min0452 762171 24577 94583 344864479 3 对上表分析 随着给定电压的升高 电枢电流在 0 1s 所达到的峰值也随着提高 在 1s 时加入 20A 固定负载电流后 电枢电流上升的幅度基本相同 电机转速跟电枢 电流变化基本相似 在 Un 分别为 10V