实验三开环直流调速系统Matlab仿真

实验三开环直流调速系统Matlab仿真实训三晶闸管开环直流调速系统的MATLAB仿真实训一、实验实训目的1．学习并掌握晶闸管开环直流调速系统模型建立及模型参数设置的方法和步骤。2．熟悉并掌握系统仿真参数设置的方法和步骤。3．学会利用MATLAB软件对系统进行稳态与动态计算与仿真。4．巩固并加深对晶闸管开环直流调速系统理论知识的理解。二、实验实训原理及知识准备1．晶闸管开环直流调速系统的原理图如图3-3-1所示。图3-1晶闸管开环直流调速系统原理图2．晶闸管开环直流调速系统的直流电动机电枢电流、电磁转矩与转速之间的关系。3．复习实验实训指导书中MATLAB基本操作和MATLAB/Simulink/PowerSystem工具箱内容。4．预习实验实训指导书中实验实训二，并写好预习报告。5．画出晶闸管开环直流调速系统的动态结构图。三、实验实训内容及步骤直流调速系统的仿真有两种方法，一是根据系统的动态结构图进行仿真，二是用PowerSystem的相关模块仿真，下面分别对两种方法进行介绍。方法一：使用Simulink中的PowerSystem模块对直流调速系统进行仿真1．建立系统的仿真模型和模型参数的设置（1）建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击工具栏上的simulink工具，选择File→New→Model，新建一个simulink文件，绘制电路的仿真模型如图3-3-1。3-3-1（2）按图3-3-1要求提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口，设置各模块参数。晶闸管开环直流调速系统由主电路（交流电源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、触发电路）和控制电路（给定环节）组成，具体设置如下：1）三相交流电源的模型建立和参数设置①三相交流电源的模型建立首先从Simpowersystes中的Electricalsources电源模块组中选取一个交流电压源模块ACVoltageSource，再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块，用Format(格式设定)菜单中Rotateblock(Ctrl+R)将模块水平放置，并点击模块标题名称，将模块标签分别改为“Uu”、“Uv”、“Uw”，然后从连接器模块Connectors中选取“Ground（output）”元件，按图3-3-2进行连接。②三相交流电源的参数设置双击U相交流电源图标，打开电压源参数设置对话框，幅值取220V，初相位设置成0图3-3-2三相交流电源模型°，频率为50Hz。如图3-3-3所示。V、W相交流电源参数设置方法于U相基本相同，只是初相位设置成互差120°。由此可得到三相交流电源。图3-3-3U相电源参数设置对话框图3-3-4晶闸管整流桥参数设置2）晶闸管整流桥的模型建立和参数设置①晶闸管整流桥的模型建立首先从Simpowersystes中选取电力电子模块powerElectronics中选取“UniversalBridge”模块，并将模块标签改为“晶闸管整流桥”。如图3－3-5所示。②晶闸管整流桥的参数设置双击模块图标，打开整流桥参数设置对话框，参数设置如图3-3-4所示。桥臂数取3，三相交流电源接到整流桥的输入端，电力电子器件选择晶闸管。参数设置的原则如下，如果是针对某个具体的晶闸管装置进行参数设置，对话框中的Rs、Cs、Ron、Lon、Vf应取该装置中晶闸管元件的实际值，如果是一般情况，不针对某个具体的装置，这些参数可先取默认值进行仿真。3）平波电抗器的模型建立和参数设置图3-3-5晶闸管整流桥模①平波电抗器的模型建立从元件模块组Elements中选取RLC串联支路SeriesRLCBranch模块，并将模块标签改为“平波电抗器”,如图3-3-6所示。②平波电抗器的参数设置打开平波电抗器参数设置对话框，参数设置如图3-3-7所示，平波电抗器的电感值是通过仿真实验比较后得到的优化参数。图3-3-7平波电抗器参数设置4）直流电动机的模型建立和参数设置①直流电动机的模型建立从直流电动机模块组Machines中选取直流电动机DCMachine模块，并将标签改为“直流电动机”，如图3-3-8所示。直流电动机的励磁绕组“F+～F-”接直流恒定励磁电源，励磁电源可从电源模块组中选取直流电压源模块，并将电压参数设置为220V，点数绕组“A+～A-”经平波电抗器接晶闸管整流桥的输出，电动机经TL端口接恒转矩负载，直流电动机的输出参数有转速、点数电流、励磁电流、电磁转矩，通过“示波器”模块观察仿真输出图形。②直流电动机的参数设置双击直流电动机图标，打开直流电动机的参数设置对话框，如图3-3-9所示。设置原则于晶闸管整流桥相同。图3-3-6平波电抗器模型图3-3-8直流电动机模型图3-3-9直流电动机参数设置5）同步脉冲触发器的模型建立和参数设置①同步脉冲触发器的模型建立同步脉冲触发器包括同步电源和6脉冲触发器两部分。6脉冲触发器从Simpowersystes中选取ExtraLibray中的ContralBlocks中取获得。6脉冲触发器需用三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交流电源的相电压转换成线电压。同步电源与6脉冲触发器及封装后的子系统符号如图3-3-10（a）、(b)所示。（a）同步电源与6脉冲触发器（b）封装后的子系统符号图3-3-10同步电源与6脉冲触发器和封装后的子系统符号②同步脉冲触发器的参数设置双击各模块图标，就打开参数设置对话框，对参数进行设置。如图3-3-11所示，频率设置成50Hz，双窄脉冲，脉冲宽度10。图3-3-116脉冲触发器参数设置6）给定环节的模型建立和参数设置晶闸管直流调速系统的控制电路只有一个给定环节，它可以从Simulink中的输入源模，然后双击该模块图标，块组Sources中选取“Constant”模块，并将标签改为“给定信号”打开参数设置对话框，将参数设置为50rad/s。实际调速时，给定信号时在一定范围内变化的，可通过仿真实践，确定给定信号允许的变化范围。（3）将电路元器件模块按晶闸管开环直流调速系统原理图连接起来组成仿真电路。如图3-3-12所示。图3-3-12晶闸管开环直流调速系统的仿真模型2．系统的仿真参数设置在MATLAB的模型窗口打开“Simulation”菜单，进行“SimulationParameters”设置，如图3-3-13所示。图3-3-13仿真参数设置单击“SimulationParameters”菜单后，得到仿真参数设置对话框，参数设置如图3－17所示，仿真中选择的算法为ode23s。由于实际系统的多样性，不同的系统需要采用不同的仿真算法，到底采用哪一种算法，可通过仿真实践进行比较选择。仿真“Starttime”一般设为0，“Stoptime”根据实际需要而定。图3-3-14仿真参数设置对话框及参数设置3．系统的仿真、仿真结果的分析及结果分析当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真，在MATLAB模型窗口单击工具栏的，系统开始仿真，仿真结束后可输出仿按钮或打开“Simulation”菜单命令后，单击“start”真结果。单击“示波器”观察仿真输出图形。观察仿真时间1s时得到的电动机转速、电动机电枢电流、励磁电流及电磁转矩曲线。方法二：按直流调速系统动态结构图仿真1．建立系统的仿真模型依据系统的动态结构图的仿真模型如图3-3-16所示，仿真模型与系统动态结构图的各个环节上是对应的。给定环节传递函数在Simulink工具箱中的Sources的Constant，比例其他传递函数是Simulink放大环节传递函数在Simulink工具箱中的MathOperations的Gain，工具箱中的Continus的Zero-Pole。图3-3-16晶闸管开环直流调速系统依据系统动态结构图的仿真模型2．仿真参数设置双击各模型，可进行参数设置。如Kp＝2、Ks=44、Ts=0.00167s、T1=0.017s、R=1Ω、Tm=0.075s、Ceφ＝0.1925Vmin/r时系统的动态结构图如图3-3-17所示。图3-3-17进行参数设