計算機仿真技術(shù) 直流調(diào)速系統(tǒng)仿真實驗 報告

北京交通大學計算機仿真技術(shù)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真實驗報告姓 名：***學 號：*****(1005班)老師： 王****仿真日期：2013/5/10-2013/6/25目錄一、電機開環(huán)特性仿真··········································2二、轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制··············································2三、電機起動特性··············································3四、壓斬波器供電··············································4五、降壓斬波器由電網(wǎng)供電······································4六、課程總結(jié)··················································5直流調(diào)速系統(tǒng)仿真一、電機開環(huán)特性仿真利用matlabsimulink繪制連接圖如下，并仿真出轉(zhuǎn)速n的波形如下：圖2圖1圖2圖1根據(jù)仿真結(jié)果求出空載時的轉(zhuǎn)速n為1141.75rad/s，負載時的轉(zhuǎn)速n為978.56rad/s，以及靜差率s。由（復習：靜差率是指電動機在一定轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載變到額定值時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比值）二、轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制電機電樞聯(lián)接受控電壓源，轉(zhuǎn)速控制器為比例-積分控制器，轉(zhuǎn)速指令為1130rpm。仿真原理框架圖為下圖3：圖3圖3繪制仿真連接圖如下：圖4圖4（1）當PI分別取1,1時，仿真轉(zhuǎn)速n波形為圖5；當PI分別取1，1時電樞電流波形為圖6；圖6圖6圖5（2）改變PI的值，以改善電機響應的動態(tài)特性PI去0.5，20時仿真轉(zhuǎn)速n波形為圖7；將PI去0.5，20時電樞電流波形為圖8； 圖8圖7圖8圖7計算：測量超調(diào)量；動態(tài)響應時間約為為：0.7s（3）繼續(xù)改變PI值為10,1時仿真：PI去10,1時仿真轉(zhuǎn)速n波形為圖9；將PI去10,1時電樞電流波形為圖10；圖10圖9圖10圖9計算：測量超調(diào)量；動態(tài)響應時間約為為：0.05s由（2）（3）比較可以看出PI的值可以決定電機啟動動態(tài)特性，PI值相差較大時動態(tài)特性也相差較大。（4）由仿真過程可以看出，改變PI的控制值，可以改變相應的超調(diào)量和響應時間，即動態(tài)性能。但當PI分別取0.5,20時，超調(diào)量仍然較大、動態(tài)響應時間較長（可以通過改善PI的值來改善）。一般情況下，改變P的值可改變超調(diào)量；改變I的值即可改變響應時間。但是由于沒有對電機的啟動特性做改善，因此電樞電流波形在電機剛剛啟動的瞬間電流極大（PI為0.5,10時可以達到3100A，PI為10,1時為4950A），因此為了保護電機啟動時的設(shè)備安全以及其他一些性能，采取必要的改善電機啟動的特性是完全必要的。三、改善電機起動特性將轉(zhuǎn)速指令值用斜坡函數(shù)給定的方法，限制電機的起動電流繪制仿真連接圖為圖11： 仿真（PI為10,1）轉(zhuǎn)速n和電樞電流的波形為圖12圖12圖11圖12圖11由仿真（PI分別取10，1）可以看出，將轉(zhuǎn)速指令值用斜坡函數(shù)給定之后，電機啟動電流約為350A。相比于（2）中的啟動沖擊電流4950A，減小近15倍，但是響應時間從0.05s增大為0.38s，在實際分析時，可以通過調(diào)整斜坡函數(shù)的斜率來達到對超調(diào)量和響應時間的要求（當斜坡函數(shù)的斜率取30000時，仿真波形的響應時間約為0.05s，但沖擊電流較大；當斜率改為3000時，仿真波形的響應時間極端約為0.38s，但沖擊電流變得很小350A）。四、降壓斬波器供電用降壓斬波器代替受控電壓源，繪制仿真連接圖為圖13圖13圖13畫出轉(zhuǎn)速n和電樞電流的波形為圖14，并與使用理想受控電源的情況進行比較：圖14仿真與（圖14仿真與（3）理想受控電源比較（P,I取10,1）：從仿真得用降壓斬波器代替受控電壓源代替理想電源，電機啟動沖擊電流變大，電流不穩(wěn)定度增加（電流波形增大），1.5s時在轉(zhuǎn)動負載加入時，電流持續(xù)不穩(wěn)定。在負載轉(zhuǎn)矩突變時，電樞電流有較大的沖擊，可以通過改變比例-積分控制器參數(shù)以及采取抗飽和措施改善電樞電流的響應。五、降壓斬波器由電網(wǎng)供電實際工程應用中，斬波器的直流電源通常是由交流電網(wǎng)經(jīng)過整流得到，仿真連接圖為圖15圖15圖15仿真得出轉(zhuǎn)速n和電樞電流的波形為圖16圖16圖16仿真直流電容電壓波形如圖17 A相電流波形如圖18圖17圖18圖17圖18求負載情況穩(wěn)態(tài)時，A相電流為圖19A相電流的A相電流的諧波分布和THD：諧波分布大概在6n±1右，6倍頻諧波被消除。圖18圖1圖19六、課程總結(jié)通過一學期的仿真技術(shù)學習課程，感覺受益匪淺，從課堂上學習理論仿真技巧到實驗室實際動手仿真，不僅練習了自己的動手能力，而且仿真課程與所學專業(yè)課電力電子技術(shù)、電機、自動控制原理的結(jié)合，使學生更加直觀的了解到了各種技術(shù)的互相