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电力拖动自动控制系统 Matlab 仿真实验报告仿真实验报告 实验一实验一 二极管单相整流电路二极管单相整流电路 一 一 实验目的实验目的 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 二 实验步骤和内容实验步骤和内容 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 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 三 实验总结实验总结 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 实验二实验二 三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路 一 一 实验目的实验目的 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 二 实验步骤和内容实验步骤和内容 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 100 V f 25 Hz 三相电源相位依次延迟 120 2 晶闸管参数 Rn 0 001 Lon 0 000 1 H Vf 0 V Rs 50 Cs 250e 6 F 3 负载参数 R 10 L 0 H C inf 4 脉冲发生器的振幅为 5 V 周期为 0 04 s 即频率为 25 Hz 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 0 时 设为 0 003 3s 0 016 6s 0 029 9 s 图 2 2 0 整流输出电压等波形图 当 60 时 触发信号初相位依次设为0 01s 0 0233s 0 0366s 图2 3 60 整流输出电压等波形图 三三 实验总结实验总结 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 30 流连续 其 Ud最大 当 负载电流断续 电阻负载时的移 0 30 角 相范围为0 150 阻感负载时的移相范围为0 90 角 实验三实验三 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 一 一 实验目的实验目的 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 二 实验步骤和内容实验步骤和内容 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 100 V f 25 Hz 三相电源相位依次延迟 120 2 晶闸管参数 Rn 0 001 Lon 0 000 1 H Vf 0 V Rs 50 Cs 250e 6 F 3 负载参数 R 10 L 0 H C inf 4 脉冲发生器的振幅为 5 V 周期为 0 04 s 即频率为 25 Hz 脉冲宽 度为 2 当 0 时 正相脉冲分别设为 0 0033 0 0166 0 0299 s C A B 相触发脉冲依次是 0 01 0 0233 0 0366s 图3 2 0 整流输出电压等波形图 三三 实验总结实验总结 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 实验四实验四 直直 流流 斩斩 波波 一 一 实验目的实验目的 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 二 实验步骤和内容实验步骤和内容 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 三三 实验总结实验总结 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 脉冲宽度调制 Pulse Width Modulation 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 频率调制或调频型 3 和 T 都可调 使占空比改变 称为混合型混合型 实验五实验五 单闭环转速反馈控制直流调速系统单闭环转速反馈控制直流调速系统 一 一 实验目的实验目的 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 二 实验步骤和内容实验步骤和内容 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 UN 220VI 55 电动机电动势系数 假定晶闸管整流装置输 1000 min 0 192 出电流可逆 装置的放大系数 滞后时间常数 电枢回 44 0 00167 路总电阻 电枢回路电磁时间常数 电力拖动系统机 1 0 0 00167 电时间常数 转速反馈系数对应额定转速时的给 0 075 0 01 min 定电压 10 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 6 k 0 56转速曲线图图 5 7 k 0 56电流曲线图 图 5 8 k 2 5转速曲线图图 5 9 k 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 11 PI 控制转速 n 曲线图图 5 12 PI 控制电流曲线图 在闭环比例积分比例积分 PIPI 控制下 可以实现对系统无静差调节 即 提 0 高了系统的稳定性 三三 实验总结实验总结 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 实验六实验六 双闭环控制直流调速系统双闭环控制直流调速系统 一 一 实验目的实验目的 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 三 实验步骤和内容实验步骤和内容 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 当当 KT 0 5 时 电流环传递函数时 电流环传递函数 1 013 33 77 图 6 2 KT 0 5 时电流环仿真图 当当 KT 0 25 电流环传递函数电流环传递函数 0 5067 16 89 图 6 3 KT 0 25 时电流环仿真图 KT 1 0 电流环传递函数 电流环传递函数 2 027 67 567 图 6 4 KT 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 三三 实验总结实验总结 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 实验七实验七 异步电动机定子电流测定及调速方式异步电动机定子电流测定及调速方式 一 一 实验目的实验目的 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 二 实验步骤和内容实验步骤和内容 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 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 同步转速下降 最大电磁转矩下降 这里频率为弧度制 图 7 8 350 289 下的机械特性图 图 7 9 280 231 下的机械特性图 3 电压不变 基频以上调速电压不变 基频以上调速 最大电磁转矩下降 同步转速上升 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 实验八实验八 异步电动机转子电流的测定异步电动机转子电流的测定 一 一 实验目的实验目的 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 二 实验步骤和内容实验步骤和内容 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