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文档简介
功率电子学课程设计,1转速反馈控制直流调速系统的仿真,MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真是十分简单和直观的,用户可以用图形化的方法直接建立起仿真系统的模型,并通过SIMULINK环境中的菜单直接启动系统的仿真过程,同时将结果在示波器上显示出来,,1.1转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数,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,装置的放大系数,滞后时间常数,电枢回路总电阻,电枢回路电磁时间常数,电力拖动系统机电时间常数,转速反馈系数,对应额定转速时的给定电压。,图2-45比例积分控制的直流调速系统的仿真框图,1.2仿真模型的建立,图2-46SIMULINK模块浏览器窗口,进入MATLAB,单击MATLAB命令窗口工具栏中的SIMULINK图标,或直接键入SIMULINK命令,打开SIMULINK模块浏览器窗口,,(1)打开模型编辑窗口:通过单击SIMULINK工具栏中新模型的图标或选择FileNewModel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的子模块,拖入模型编辑窗口。在本例中拖入模型编辑窗口的为:Source组中的Step模块;MathOperations组中的Sum模块和Gain模块;Continuous组中的TransferFcn模块和Integrator模块;Sinks组中的Scope模块;,图2-47模型编辑窗口,(3)修改模块参数:双击模块图案,则出现关于该图案的对话框,通过修改对话框内容来设定模块的参数。,图2-48加法器模块对话框,描述加法器三路输入的符号,|表示该路没有信号,用|+-取代原来的符号。得到减法器。,图2-49传递函数模块对话框,例如,0.002s+1是用向量0.0021来表示的。,分子多项式系数,分母多项式系数,图2-50阶跃输入模块对话框,阶跃时刻,可改到0。,阶跃值,可改到10。,图2-51增益模块对话框,填写所需要的放大系数,图2-52Integrator模块对话框,积分饱和值,可改为10。,积分饱和值,可改为-10。,(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,选取FormatRotateBlock菜单项可使模块旋转90;选取FormatFlipBlock菜单项可使模块翻转。把鼠标移到期望的分支线的起点处,按下鼠标的右键,看到光标变为十字后,拖动鼠标直至分支线的终点处,释放鼠标按钮,就完成了分支线的绘制。,图2-53比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型,仿真启动按钮,1.3仿真模型的运行,(1)仿真过程的启动:单击启动仿真工具条的按钮或选择SimulationStart菜单项,则可启动仿真过程,再双击示波器模块就可以显示仿真结果。(2)仿真参数的设置:为了清晰地观测仿真结果,需要对示波器显示格式作一个修改,对示波器的默认值逐一改动。改动的方法有多种,其中一种方法是选中SIMULINK模型窗口的SimulationConfigurationParameters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。,图2-54SIMULINK仿真控制参数对话框,仿真的起始时间,结束时间修改为0.6秒,图2-55修改控制参数后的仿真结果,启动Scope工具条中的“自动刻度”按钮。把当前窗中信号的最大最小值为纵坐标的上下限,得到清晰的图形。,自动刻度,1.4调节器参数的调整,图2-56无超调的仿真结果,系统转速的响应是无超调、但调节时间很长;,图2-57超调量较大的仿真结果,系统转速的响应的超调较大、但快速性较好。,2转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真,采用了转速、电流反馈控制直流调速系统,设计者要选择ASR和ACR两个调节器的PI参数,有效的方法是使用调节器的工程设计方法。工程设计是在一定的近似条件下得到的,再用MATLAB仿真软件进行仿真,可以根据仿真结果对设计参数进行必要的修正和调整。,2.1电流环的仿真,图3-27电流环的仿真模型,考虑到反电动势变化的动态影响,图3-28Saturation模块对话框,饱和非线性模块(Saturation),来自于Discontinuities组,饱和上界,改为10。,饱和下界,改为-10。,图3-29电流环的仿真结果,PI参数是根据例题3-1计算的结果设定,在直流电动机的恒流升速阶段,电流值低于200A,其原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动。,图3-30无超调的仿真结果,PI调节器的传递函数为,图3-31超调量较大的仿真结果,PI调节器的传递函数为,2.2转速环的系统仿真,图3-32转速环的仿真模型,图3-33聚合模块对话框,从SignalRouting组中选用了Mux模块来把几个输入聚合成一个向量输出给Scope,输入量的个数设置为2,图3-34转速环空载高速起动波形图,ASR调节器传递函数为,双击阶跃输入模块把阶跃值设置为10,图3-35转速环满载高速起动波形图,把负载电流设置为136,满载起动,,图3-36转速环的抗扰波形图,利用转速环仿真模型同样可以对转速环抗扰过程进行仿真,它是在负载电流IdL(s)的输入端加上负载电流,图3-36是在空载运行过程中受到了额定电流扰动时的转速与电流响应曲线。,在工程设计时,首先根据典型I型系统或典型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。,SIMULINK软件的仿真方法为系统设计提供了仿真平台,可以选择合适的PI参数,满足系统的跟随性能指标。在自动控制理论课程中讨论了多种PI调节器的设计方法,MATLAB也为它们的实现提供了模块。关于直流电动机调速系统的PI设计,将在第3章中作详细的论述。,教学安排,1,2班第15周。学习MATLAB电力电子系统工具箱,学习教材第一章MATLAB基础,第二章电力电子
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