#电力拖动自动控制系统实验报告

1、信息工程学院电力拖动与控制系统课程设计报告书题目 : 电力拖动与自动控制实验设计专业：电气工程及其自动化班级：0311405学号：031140526学生姓名：田仁波指导教师：钟建伟2014 年 5 月 5 日信息工程学院课程设计任务书学生姓名田仁波 学 号 031140526 成 绩设计题目电力拖动与自动控制实验设计设 计 内 容转速反馈控制直流调速系统的仿真， 转速、 电流反馈控制直流调速系统的仿真， 基于 MATLAB的 SIMULINK下的 3/2 变换以及双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实 验。各个仿真模型的搭建，分析各个图形的具体含义。熟悉MATLAB下的 SIMULINK下的使用方法

2、。设 计 要 求通过对课程的设计，培养一定的基本论文设计能力，简单WPS下的正确操作。使其有一定的规范性。时 间 安 排论文设计时间： 2014.4.22-2014.4.25参 考 资 料电力拖动基础 、供电技术 、电机及拖动基础等。目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 转速反馈控制直流调速系统的仿真 1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 实验目的 1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 转速反馈控制直流调速系统仿真 1

3、HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 实验小结 3. . HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 转速、电流反馈控制直流调速系统仿真 3 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 实验目的及内容 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 双闭环直流调速系统两个调节器的作用 4电流环仿真模型设计 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 转速环仿真模型设计 4 HYPERLI

4、NK l bookmark20 o Current Document 转速环的系统仿真 5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 实验小结 6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 基于 MATLAB的 SIMULINK下的 3/2 变换 7根据步骤可得仿真图 7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 实验小结 8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验 8实验目的 8实验原理

5、8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 实验内容 9实验仿真 9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 系统的仿真、仿真结果和输出及结果分析 10实验小结 12 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 参考文献 12转速反馈控制直流调速系统的仿真1.1 实验目的（1）了解 MA TLAB 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

6、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2）调节参数图 3 电机转速随时间变化的规律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。并可将其方法推广到其他类型控制系统的仿真中。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

7、，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 U m 变化，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

8、定电压U i 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 电流环仿真模型转速环仿真模型设计图 2.2 转速环仿真模型转速环的系统仿真134.481)PI 调节器按照计算出来的结果： WASR 11.7 。空载起动时波形为： s图 2.3 转速环空载起动输出波形2)满载运行时起动的波形图 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

9、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。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。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

10、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。

11、启动时，加入给定电压 Ug ，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 g =U fn )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 U g的大小即可改变电动机的转速。电流调节器的输出作为触电流调节器、 速度调节器的输出限幅可达到限制启动电流的目的。发电路得控制电压 U ct ，利用电流调节器的输出限幅可达到限制max的目的。1.3 实验内容各控制单元调试。测定电流反馈系数 、转速负反馈系数 。

12、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 d )测定闭环控制特性 n=f(U g ).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。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系统

13、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（39 10 ) H2）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 ，K pi =2， i =100，上下幅限值为 120，-120；对于

14、 ASR，K pi =1.2，i =10，上下幅限值为 40 ，-40 。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。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 I 关系曲线a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