电拖仿真实验指导书Word格式.docx
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min/r。
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对应额定转速时的给定电压
图1比例积分控制的直流调速系统的仿真框图
三、实验内容
1.仿真模型的建立
⏹进入MATLAB,单击MATLAB命令窗口工具栏中的SIMULINK图标,
图2SIMULINK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File→New→Model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3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。
双击sum模块,TransferFen模块,Step模块,Gain模块,Integrator模块
图4加法器sum模块对话框
图5传递函数TransferFen模块对话框
图6阶跃输入step模块对话框
图7增益模块对话框
图8Integrator模块对话框
(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Format→RotateBlock菜单项可使模块旋转90°
;
选取Format→FlipBlock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。
2.仿真模型的运行图9比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型
在控制系统中设置调节器是为了改善系统的静、动态性能。
在采用PI调节器后,构成的是无静差调速系统,如图9所示的仿真模型。
(1)仿真过程的启动:
单击启动仿真工具条的按钮,或选择Simulation→Start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Simulation→ConfigurationParameters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10SIMULINK仿真控制参数对话框
(3)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。
图11修改控制参数后的仿真结果
3.调节器参数的调整
在图9所示的PI控制无静差直流调速系统的仿真模型中,改变比例系数和积分系数,可以轻而易举地得到振荡、有静差、无静差、超调大或启动快等不同的转速曲线。
仿真曲线反映了对给定信号的跟随性能。
选择合适的PI参数:
(1),
(2),(3),
观察系统转速的响应结果。
四、实验报告
1.根据给定系统的各项参数(见“实验原理”部分),每个环节的传递函数。
2.画出仿真系统的阶跃响应波形,并给出ts和σ%。
实验二转速、电流反馈控制(双闭环)直流调速系统的仿真
1.研究直流电动机调速系统在转速、电流反馈控制下的工作。
2.研究直流调速系统中速度调节器ASR、电流调节器ACR的工作及其对系统响应特性的影响。
3.观察转速、电流反馈直流调速系统在给定阶跃输入下的转速响应和电流响应。
晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,基本数据如下:
直流电动机:
220V,136A,1460r/min,Ce=0.132Vmin/r,允许过载倍数λ=1.5;
晶闸管装置放大系数:
Ks=40;
电枢回路总电阻:
R=0.5Ω;
时间常数:
Ti=0.03s,Tm=0.18s;
电流反馈系数:
β=0.05V/A(≈10V/1.5IN);
转速反馈系数α=0.07Vmin/r(≈10V/nN)。
图1双闭环直流调速系统的仿真框图
其中,电流调节器ACR的传递函数为
转速调节器ASR的传递函数为
。
1.电流环的仿真
(1)建立如上图2所示的系统模型。
(2)在仿真模型中增加了一个饱和非线性模块(Saturation),它来自于Discontinuities组,双击该模块,把饱和上界(Upperlimit)和下届(Lowerlimit)参数分别设置为本例题的限幅值+10和-10。
如图3所示。
(3)选中Simulink模型窗口的Simulation→ConfigurationParameters菜单项,把Sarttime和Stoptime栏目分别填写为0.0s和0.05s。
(4)启动仿真过程,用
自动刻度(Autoscale)调整示波器模块所显示的曲线。
图2电流环的仿真模型
图3Saturation模块对话框
(4)调节器参数的调整:
令KT=0.25,则PI调节器的传递函数为
Ki=0.5067,τi=0.03s;
令KT=0.5,则PI调节器的传递函数为
,Ki=1.013,τi=0.03s;
令KT=1.0,则PI调节器的传递函数为
Ki=2.027,τi=0.03s。
观察各组参数下的电流响应曲线。
2.转速环的仿真
(1)建立如图4所示的系统模型。
图4转速环的仿真模型
(2)为了在示波器模块中反映出转速、电流的关系,仿真模型从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5聚合模块对话框
(3)PI调节器采用传递函数为
,Kn=11.7,τn=0.087s
(4)双击阶跃输入模块把阶跃值设置为10,观察空载起动时的转速和电流的响应曲线。
(5)Step1模块是用来输入负载电流的。
把负载电流设置为136,满载起动,观察其转速与电流响应曲线。
1.电流环仿真
(1)画出三组参数下(KT=0.25,0.5,1.0)电流的阶跃响应曲线,分析并给出ts和σ%。
(2)在直流电动机的恒流升速阶段,电流值是否低于(或高于)λIN=200A?
为什么?
2.转速环仿真
(1)画出仿真系统空载起动时的转速和电流的阶跃响应曲线,分析指出不饱和、饱和、退饱和三个时间阶段,并给出ts和σ%。
(2)画出仿真系统满载起动时的转速和电流的阶跃响应曲线,并给出ts和σ%。
实验三异步电动机的仿真
1.以αβ坐标系异步电动机仿真模型为核心,研究三相异步电动机的动态仿真模型
2.观察三相异步电动机在额定电压和额定频率下,空载起动和加载过程的转速和电流响应。
—r—is为状态变量的异步电动机动态模型:
图1αβ坐标系下的异步电动机动态结构图
图2αβ坐标系异步电动机的仿真模型
异步电动机工作在额定电压和额定频率下,仿真电动机参数:
Rs=1.85Ω,Rr=2.658Ω,Ls=0.2941H,Lr=0.2898H,Lm=0.2838H,J=0.1284Nm.s2,np=2,UN=380v,fN=50Hz
建立三相异步电动机的仿真模型(如图3所示)。
将图2所示的异步电动机仿真模型进行封装,如图3所示的ACmotor,三相正弦对称电压uA,uB和uC经过3/2变换和2/3变换模块,得到两相电压usα和usβ,送入αβ坐标系中的异步电动机仿真模型,输出两相电流isα和isβ经2/3变换模块,得到三相电流iA,iB和iC。
[附]:
3/2变换和2/3变换的公式见P198(式6-92)和(式6-93)
(1)画出仿真系统的稳态电流的仿真结果。
(2)画出仿真系统空载起动时的转速的响应曲线,并给出ts和σ%。
(3)画出仿真系统加载过程的转速的响应曲线,并给出ts和σ%
图3三相异步电动机仿真模型