Matlab直流调速系统仿真

1、MATLAB仿真技术大作业实验报告题目：直流调速系统仿真永磁直流电机参数如下：电枢电阻0.2Q电枢电感2.4mH,电动势系数O.lV/rpm,转动惯量0.43kgm2。仿真中其余电机参数设置为0。电机负载情况如下：0ls,电机空载，即负载转矩TL为0；1s2s，电机满载运行，负载转矩TL为145Nm。该电机由降压变换器供电。斩波器使用两个IGBT及其反并联二极管构成单相桥臂，两个IGBT的驱动信号互补，如下图所示。开关频率2.5kHz,输入电压600V,通过改变IGBT导通占空比而改变电机端电压（即PWM方式工作）。仿真使用ode23t求解器。1、电机开环特性通过斩波器给电机供电，电机端电压平

2、均值420V,计算PWM脉冲占空比。画出转速的波形，画出电机电枢电流的波形。记录电机起动时的最大电流，记录负载时的稳态电枢电流。根据仿真结果求出空载和负载时的转速。（注意电机模型m端口输出的转速单位是rad/s,请将其转为以rpm为单位的波形。）airicaltorqueTe(nTLGBT'j.cjcContinuous回国untitleduntitled<Armaturecurrentlauntitled*Simulink>g丄rn卜罷"冒k埠Q匕Q02|NormalFileEditViewDisplayDiagramSimulationAnalysisCode

3、Tools旦elp<>ReadyView5warnings100%ode23tpowergui解：1）斩波器的占空比为Vo/Vd,也就是2）以下为转速波形以及电枢电流波形图（经过单位换算，单位为rpm）；WScopeZXFileToolsViewSimulationHelp寰'嚼心1害g由<Armaturecurrentia(A)>B1600140012001000800600400200AJ0.20.40.60.61121.4161.82ReadySamplebasecT=2.000<Armaturecurrentia(A)>Ready1/ATAY

4、/ZkT3）记录电机起动时的最大电流，记录负载时的稳态电枢电流。AS匚op«2FileToolsViewSimulationHelp*®|T钱*T播因*+CursorMeasurements Settings®Screencusors0HorizontalVerticalOWavefomiicusors Lockcursorspacing Snaptodata MeasurementsTimeValue1|153.3442|_1451.888AT-AY1.2G9e+03SamplebasecT=2.000由图可知：电机起动时的最大电流为1452A，负载时的稳态电枢

5、电流为153A。4）根据仿真结果求出空载和负载时的转速。空载时转速：4200rpm负载时转速：345.149rad/s=3900rpm。2、转速闭环控制为了改善电机调速性能，对该直流电机系统加入转速闭环控制。转速控制器使用比例-积分控制器，转速指令为4200rpm，控制器输出量为斩波器的调制波（即占空比）。调节控制器的比例和积分环节参数以实现较好的动、静态性能。画出转速的波形，画出电机电枢电流的波形。记录电机起动时的最大电流，记录负载时的稳态电枢电流。二i2micaltorqueTb(nm)：TLdeA+'*B>Continuous回Jslg丄mFileEditViewDispl

6、ayDiagramSimulationAnalysisCodeToolsHelp|NeipTuntitleduntitled<Speed+O4200-HR1<ArmaturecurrentiE(A)«%untitled*Simulink<>ReadyView3warnings100%ode23tpowergui选取P=1,I=7.5得到如图所示图形，可得转速波形以及电枢电流波形如下图所示多Scope一XFileToolsViewSimulationHelp竺sT4500J一e-rinrKDULrJUtJU25UIJzWuu-tnnrplJUJnnn-JUtJU

7、hzATpuu204060812141B1BReadySamplebasecT=2.000tSettings2388.3722.228e+03SamplebasecT=2.000Value160.435®Screencursors0HorizontalVerticalOWaveformicusors Lockcursospacing Snaptodata叵1/tMeasuremientstCursorMeasurementsTime记录下电机起动时的最大电流I=2388.372A，负载时的稳态电枢电流I=160.435A。3、改善电机起动特性电机起动时有很大的冲击电流。通过将转速指令

8、值用斜坡函数给定的方法，限制电机的起动电流。画出转速的波形，画出电机电枢电流的波形。记录电机起动时的最大电流。1）在上题中加入一个斜坡函数，制定其斜率为k=15000,限制电机的起动电流，得到如下图所示的转速波形以及电枢电流波形。2）记录下电机起动时最大电流为1201.95A，可以明确看到，电机起动时的最大电流有着明显的改善。2=ta-ricaltorqueTe(nm)：TLde<Annaturecurrenti<'回叵）5untitled囤untitledpi(!)*.NOTReadyView2warnings100%untitled*-Simulinkode23tSco

9、pe2ContinuouspowerguiFileEditViewDisplayDiagramSimulationAnalysisCodeToolsHelp罷冒9电少EX同tootoeo2006088*备(J)Q寺ReadySamplebasecT=2.000FileToolsViewSimulationHelpmetier0D-4569800600400200000.40.60.82<Arrnaturecurrentia(A)>12001000ReadyMScope2FileToolsViewSimulationHelpSamplebasecT=2.0004、简化降压斩波器有时候为了节约成本，降压斩波器只使用一只IGBT和一只二极管，如下图所示。用这个降压斩波器替换第3问的相应部分，并再次进行仿真。画出电机电枢电流的波形，并与第3问的波形进行比较。将波形图的图像输出如下，通过与以上图形进行比较，得到如下结论：电流的反应时间上升，不能更好的对电路的输入波形进行调控，但是起动电流有微小的下降趋势，在稳定时的波形没有太大的区别，在考虑经济的情况下，可以选择有Diode的电路，可以减少电路的造价，同时获得不错的调控效果。耳untitled*-Simulink罷冒卑QQ-2|NormalFileEditViewDisplayDiagramSimulatio