电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告
MATLAB与控制系统仿真实验报告
MATLAB与控制系统仿真实验报告第一篇：MATLAB与控制系统仿真实验报告《MATLAB与控制系统仿真》实验报告2013-2014学年第 1 学期专业：班级：学号：姓名：实验三 MATLAB图形系统一、实验目的：1.掌握绘制二维图形的常用函数。
2.掌握绘制三维图形的常用函数。
3.熟悉利用图形对象进行绘图操作的方法。
4.掌握绘制图形的辅助操作。
二、实验原理：1，二维数据曲线图（1）绘制单根二维曲线plot(x,y);（2）绘制多根二维曲线plot(x,y)当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵时，则绘制多根不同颜色的曲线。
当x，y是同维矩阵时，则以x，y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。
（3）含有多个输入参数的plot函数plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)（4）具有两个纵坐标标度的图形plotyy(x1,y1,x2,y2)2,图形标注与坐标控制1）title(图形名称)；2）xlabel（x轴说明）3）ylabel（y轴说明）4）text（x，y图形说明）5）legend（图例1，图例2，…）6）axis（[xmin xmax ymin ymax zmin zmax]）3, 图形窗口的分割 subplot（m,n,p）4,三维曲线plot3（x1,y1,z1,选项1，x2,y2，选项2，…,xn,yn,zn,选项n）5，三维曲面mesh(x,y,z,c)与surf(x,y,z,c)。
一般情况下，x，y，z是维数相同的矩阵。
X，y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。
6，图像处理1）imread和imwrite函数这两个函数分别用于将图象文件读入matlab工作空间，以及将图象数据和色图数据一起写入一定格式的图象文件。
2）image和imagesc函数这两个函数用于图象显示。
为了保证图象的显示效果，一般还应使用colormap函数设置图象色图。
(最新版)自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 MATLAB及仿真实验（控制系统的时域分析）一、实验目的学习利用MATLAB进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性；二、预习要点1、系统的典型响应有哪些？2、如何判断系统稳定性？3、系统的动态性能指标有哪些？三、实验方法（一）四种典型响应1、阶跃响应：阶跃响应常用格式：1、；其中可以为连续系统，也可为离散系统。
2、；表示时间范围0---Tn。
3、；表示时间范围向量T指定。
4、；可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、脉冲响应：脉冲函数在数学上的精确定义：其拉氏变换为：所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。
脉冲响应函数常用格式：①；②③（二）分析系统稳定性有以下三种方法：1、利用pzmap绘制连续系统的零极点图；2、 利用tf2zp 求出系统零极点；3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容 (一) 稳定性1． 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ，试判断其稳定性2． 用Matlab 求出的极点。
%Matlab 计算程序num=[3 2 5 4 6];den=[1 3 4 2 7 2];G=tf(num,den);pzmap(G);p=roots(den) 运行结果： p =-1.7680 + 1.2673i -1.7680 - 1.2673i 0.4176 + 1.1130i 0.4176 - 1.1130i -0.2991P ole-Zero MapReal AxisI m a g i n a r y A x i s-2-1.5-1-0.500.5-1.5-1-0.50.511.5图1-1 零极点分布图由计算结果可知，该系统的2个极点具有正实部，故系统不稳定。
自动控制原理MATLAB实验报告
实验一 典型环节的MATLAB 仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。
2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。
3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验原理1．比例环节的传递函数为K R K R R RZ Zs G 200,1002)(211212==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1所示。
2．惯性环节的传递函数为uf C K R K R s C R R R Z Z s G 1,200,10012.021)(121121212===+-=+-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图2所示。
图1 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形图2惯性环节的模拟电路及SIMULINK 图形3．积分环节(I)的传递函数为ufCKRssCRZZsG1,1001.011)(111112==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图3所示。
4．微分环节(D)的传递函数为ufCKRssCRZZsG10,100)(111112==-=-=-=ufCC01.012=<<其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图4所示。
5．比例+微分环节（PD）的传递函数为)11.0()1()(111212+-=+-=-=ssCRRRZZsGufCCufCKRR01.010,10012121=<<===其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图5所示。
6．比例+积分环节（PI）的传递函数为图3 积分环节的模拟电路及及SIMULINK图形图4 微分环节的模拟电路及及SIMULINK图形图5比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲线)11(1)(11212sRsCRZZsG+-=+-=-=ufCKRR10,100121===其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图6所示。
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析）一、实验目的学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点1、 系统的典型响应有哪些2、 如何判断系统稳定性3、 系统的动态性能指标有哪些 三、实验方法（一） 四种典型响应1、 阶跃响应：阶跃响应常用格式：1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。
2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。
3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。
4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、 脉冲响应：脉冲函数在数学上的精确定义：0,0)(1)(0〉==⎰∞t x f dx x f其拉氏变换为：)()()()(1)(s G s f s G s Y s f ===所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。
脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ②);,();,(T sys impulse Tn sys impulse③ ),(T sys impulse Y =（二） 分析系统稳定性 有以下三种方法：1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图；2、 利用tf2zp 求出系统零极点；3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容 (一) 稳定性1． 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ，试判断其稳定性2． 用Matlab 求出253722)(2342++++++=s s s s s s s G 的极点。
%Matlab 计算程序num=[3 2 5 4 6];den=[1 3 4 2 7 2];G=tf(num,den);pzmap(G);p=roots(den)运行结果： p =+ - + -P ole-Zero MapReal AxisI m a g i n a r y A x i s-2-1.5-1-0.500.5-1.5-1-0.50.511.5图1-1 零极点分布图由计算结果可知，该系统的2个极点具有正实部，故系统不稳定。
电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告
电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告实验一单闭环转速反馈控制直流调速系统一．【实验目的】1. 加深对比例积分控制的无静差直流调速系统的理解；2. 研究反馈控制环节对系统的影响和作用 .二．【实验步骤和内容】1. 仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。
2. 仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置 .转速负反馈闭环调速系统 :直流电动机：额定电压U N=220V，额定电流I dN =55A，额定转速n N=1000r/min电动机电动势系数C e=0.192V.min/r, 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数K s=44，滞后时间常数T s =0.00167s，电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数T1 =0.00167s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s，转速反馈系数α=0.01V.min/r对应额定转速时的给定电压U n∗ =10V 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图如图 5-1 所示。
图 5-1 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图图 5-2 开环比例控制直流调速系统仿真模型图图 5-3 开环空载启动转速曲线图图 5-4 开环空载启动电流曲线图图 5-5 闭环比例控制直流调速系统仿真模型图在比例控制直流调速系统中，分别设置闭环系统开环放大系数 k=0.56 , 2.5, 30 ，观察转速曲线图，随着 K 值的增加，稳态速降减小，但当 K 值大于临界值时，系统将发生震荡并失去稳定，所以 K 值的设定要小于临界值。
当电机空载启动稳定运行后，加负载时转速下降到另一状态下运行，电流上升也随之上升。
图 5-6 k=0.56 转速曲线图图 5-7 k=0.56 电流曲线图图 5-8 k= 2.5 转速曲线图图 5-9 k= 30 转速曲线图图 5-10 闭环比例积分控制直流调速系统仿真模型图图 5-11 PI 控制转速 n 曲线图图 5-12 PI 控制电流曲线图在闭环比例积分（ PI ）控制下，可以实现对系统无静差调节，即, 提高了系统的稳定性。
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电力拖动自动控制系统Matlab仿真实
验报告
电力拖动自动控制系统
---Matlab仿真实验报告
实验一二极管单相整流电路一．【实验目的】
1．经过对二极管单相整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；
2．经过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。
图1-1 二极管单相整流电路仿真模型图
二．【实验步骤和内容】
1.仿真模型的建立
①打开模型编辑窗口；
②复制相关模块；
③修改模块参数；
④模块连接；
2.仿真模型的运行
①仿真过程的启动；
②仿真参数的设置；
3.观察整流输出电压、电流波形并作比较，如图1-2、1-3、1-4所示。
三．【实验总结】
由于负载为纯阻性，故输出电压与电流同相位，即波形相同，但幅值不等，如图1-4所示。
图1-2 整流电压输出波形图图1-3 整流电流输出波形图
图1-4 整形电压、电流输出波形图
实验二三相桥式半控整流电路
一．【实验目的】
1．经过对三相桥式半控整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；
2．研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。
二．【实验步骤和内容】
1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块
参数，模块连接。
2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。
相应的参数设置：
（1）交流电压源参数U=100 V，f=25 Hz，三相电源相位依次延迟120°。
基于MATLAB的“电力拖动控制系统”仿真教学研究
ｊ
／
＼ 一 ， ，
ｌ
，
此， Ａ Ｃ Ｒ的比例系数 ：
ＫＪ ＝ Ｒ ×
．
｛
＝
０． ４３
｜
电流调节器的传递 函数为 ：
ｗＡ ｃ Ｒ （ ｓ ） ： ０ ． ４ ３ ＋
仿真结果满足设计要求 ， 验证 了理论设计方法的有效性。 通过仿真， 加深 了学生对理论的理解， 为 系统实际调 试带来 了 便捷 ， 为电力拖动控制 系统的课程教 学提供 了新思路。 关键词 ： 电力拖动控制 系统 ； 双闭环直流调速 系统 ； ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ； 计算机仿真教学
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ７ ２ ７
９１
２ ０ １ ４年第 １ 期
陈
冲： 基于 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ的“ 电力拖动控制系统 ” 仿真教学研究
则 电流环 小时 间常数 为 Ｔ＝ ＝ Ｔ ｓ ＋ Ｔ ｏ ｉ ＝ ０ ． ０ ０ ３ ７ ｓ ； 电流调
／ 一
、 ～
节器超前时间常数 ： ｊ ＝ Ｔ 。 ＝ ０ ． ０ １ ７ ｓ ； 要求 ｉ ≤５ ％ 时，
引言
文 献标 志码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ２ ０ ８ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ９ １ — ０ ３
ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ中的 Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ工 具是 以直 观 的模 块 框
图对各种动态系统进行建模 、 分析和仿真的平 台 ， 它
提供 了不断扩展 、 内容丰富的模块库 ， 为控制 系统仿
基于 ＭＡＴ Ｌ Ａ Ｂ 的“ 电力拖 动控 制 系统” 仿 真教学研究
电力拖动自动控制系统实验报告
电力拖动自动控制系统仿真实验报告课程名称：电力拖动自动控制系统课程编号：年级/专业/班：姓名：学号：任课老师：实验总成绩：电力拖动自动控制系统仿真实验报告实验项目名称：转速反馈控制直流调速系统实验指导老师：一、实验目的：1、进一步学习利用MA TLAB下的SIMULINK来对控制系统进行仿真。
2、掌握转速、电流反馈控制直流调速系统的原理。
3、学会利用工程的方法设计ACR、ASR调节器的方法。
二、仿真实验电路模型：比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型三、实验设备及使用仪器：安装windows系统和MATLAB软件的计算机一台四、仿真实验步骤（按照实际建模操作过程填写）：1、打开模型相关编辑窗口：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。
复制相关原器件：双击所需要子模块图标，以鼠标左键选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口。
2、模块连接：以鼠标左键单击起点模块输出端，拖动鼠标至终点模块输入端处，则在两模块间产生—>线。
修改相关参数：双击模型图案，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。
3、仿真过程的启动：单击启动仿真工具的按钮或选择Simulation—Strat菜单栏，则可启动仿真过程，再双击Scope模块就可以显示仿真结果。
4、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，对示波器的默认值注意改动，这里把Strat time和Stop time栏分别填写仿真的起始时间和结束时间，把默认时间从10.0s修改为0.6s。
重新启动仿真。
5、调节其参数的调整：根据工程的要求，选择一个合适的PI参数。
Kp=0.25,1/t=3,系统转速的相应无超调，但调节时间很长；当Kp=0.8，1/t=15，系统转速的相应的超调较大，但快速性较好。
五、实验数据、图表或计算等：修改控制参数后的仿真结果Kp=0.25,1/t=3,系统转速的相应无超调，但调节Kp=0.8，1/t=15，系统转速的相应的超调较大，但快速性较好。
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。
2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。
3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验内容① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；Simulink 图形实现：示波器显示结果：② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s GSimulink 图形实现：示波器显示结果：③ 积分环节s s G 1)(1Simulink 图形实现：示波器显示结果：④ 微分环节s s G )(1Simulink 图形实现：波器显示结果：⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G1）、G1（s ）=s+2Simulink 图形实现：示波器显示结果：2）、G2（s）=s+1 Simulink图形实现：示波器显示结果：⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+=1）、G1（1）=1+1/sSimulink 图形实现：示波器显示结果：2）G2（s）=1+1/2s Simulink图形实现：示波器显示结果：三、心得体会通过这次实验我学到了很多，对课本内容加深了理解，熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法，加深对各典型环节响应曲线的理解，这为对课程的学习打下了一定基础。
实验二线性系统时域响应分析一、实验目的1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。
2．通过响应曲线观测特征参量ζ和nω对二阶系统性能的影响。
3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、实验内容1．观察函数step( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为243237()4641s s G s s s s s ++=++++绘制出系统的阶跃响应曲线？2．对典型二阶系统222()2n n n G s s s ωζωω=++1）分别绘出2(/)n rad s ω=，ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响，并计算ζ=0.25时的时域性能指标,,,,p r p s ss t t t e σ。
《电力拖动与控制系统》课程设计-异步电机矢量控制Matlab仿真实验
异步电机矢量控制Matlab仿真实验1 异步电机动态模型推导1.1 异步电机动态数学模型的性质电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积得到感应电动势。
无论是直流电动机，还是交流电动机均如此。
交、直流电动机结构和工作原理的不同，至使表达式差异很大。
异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
(1)变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（或电流）和频率两种独立的输入变量。
在输出变量中，除转速外，磁通也是一个输出变量。
因此异步电机是一个多变量（多输入多输出）系统。
(2)异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电动势，在数学模型中含有两个变量的乘积项。
因此即使不考虑磁路不饱和等因素，数学模型也是非线性的。
(3)三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动系统的机电惯性，转速与转角的积分关系等，动态模型是一个高阶系统。
1.2 异步电动机的三相数学模型1.2.1 异步电机三相数学模型的前提假设在研究异步电机数学模型时，作如下的假设(1)忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。
(2)忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。
(3)忽略铁心损耗。
(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相等。
异步电动机三相绕组可以是Y连接，也可以是Δ连接。
若三相绕组为Δ连接，可先用Δ—Y变换，等效为Y 连接。
然后，按Y连接进行分析和设计。
三相异步电机的物理模型如下图1所示，定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的，转子绕组轴线a、b、c随转子以角转速w旋转。
图1 三相异步电动机的物理模型1.2.2 异步电机的三相动态模型的数学表达式异步电动机的动态模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成。
电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告
电力拖动自动控制系统---Matlab仿真实验报告实验一二极管单相整流电路一．【实验目的】1．通过对二极管单相整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。
图1-1二极管单相整流电路仿真模型图二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立1打开模型编辑窗口；2复制相关模块；3修改模块参数；4模块连接；2.仿真模型的运行1仿真过程的启动；2仿真参数的设置；3.观察整流输出电压、电流波形并作比较，如图1-2、1-3、1-4所示。
三．【实验总结】由于负载为纯阻性，故输出电压与电流同相位，即波形相同，但幅值不等，如图1-4所示。
图1-2整流电压输出波形图图1-3整流电流输出波形图图1-4整形电压、电流输出波形图实验二三相桥式半控整流电路一．【实验目的】1．通过对三相桥式半控整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。
二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。
2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。
相应的参数设置：（1）交流电压源参数U=100V，f=25Hz，三相电源相位依次延迟120°。
（2）晶闸管参数Rn=0.001Ω，Lon=0.0001H，Vf=0V，Rs=50Ω，Cs=250e-6F。
（3）负载参数R=10Ω，L=0H，C=inf。
（4）脉冲发生器的振幅为5V，周期为0.04s（即频率为25Hz），脉冲宽度为2。
图2-1三相桥式半控整流电路仿真模型图当α=0°时，设为0.0033s，0.0166s，0.0299s。
图2-2α=0°整流输出电压等波形图当α=60°时，触发信号初相位依次设为0.01s，0.0233s，0.0366s。
图2-3α=60°整流输出电压等波形图三.【实验总结】三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路以及十二脉波可控整流电路等，均可在三相半波的基础上进行分析。
电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告
电力拖动自动控制系统---Matlab仿真实验报告实验一二极管单相整流电路一.【实验目的】1.通过对二极管单相整流电路的仿真,掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识;2.通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。
图1-1 二极管单相整流电路仿真模型图二．【实验步骤与内容】1.仿真模型的建立①打开模型编辑窗口;②复制相关模块;③修改模块参数;④模块连接;2.仿真模型的运行①仿真过程的启动;②仿真参数的设置;3.观察整流输出电压、电流波形并作比较,如图1-2、1-3、1-4所示。
三．【实验总结】由于负载为纯阻性,故输出电压与电流同相位,即波形相同,但幅值不等,如图1-4所示。
图1-2 整流电压输出波形图图1-3 整流电流输出波形图图1-4 整形电压、电流输出波形图实验二三相桥式半控整流电路一.【实验目的】1.通过对三相桥式半控整流电路的仿真,掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识;2.研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理与全过程。
二．【实验步骤与内容】1.仿真模型的建立:打开模型编辑窗口,复制相关模块,修改模块参数,模块连接。
2.仿真模型的运行;仿真过程的启动,仿真参数的设置。
相应的参数设置:(1)交流电压源参数U=100 V,f=25 Hz,三相电源相位依次延迟120°。
(2)晶闸管参数Rn=0、001 Ω,Lon=0、000 1 H,Vf=0 V,Rs=50 Ω,Cs=250e-6 F。
(3)负载参数R=10 Ω,L=0 H,C=inf。
(4)脉冲发生器的振幅为5 V, 周期为0、04 s ( 即频率为25 Hz), 脉冲宽度为2。
图2-1 三相桥式半控整流电路仿真模型图当α=0°时, 设为0、003 3s,0、016 6s,0、029 9 s。
图2-2 α=0°整流输出电压等波形图当α=60°时,触发信号初相位依次设为0、01s,0、0233s,0、0366s。
《电力拖动与控制系统》课程设计-异步电机矢量控制Matlab仿真实验
异步电机矢量控制Matlab仿真实验1 异步电机动态模型推导1.1 异步电机动态数学模型的性质电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积得到感应电动势。
无论是直流电动机，还是交流电动机均如此。
交、直流电动机结构和工作原理的不同，至使表达式差异很大。
异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
(1)变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（或电流）和频率两种独立的输入变量。
在输出变量中，除转速外，磁通也是一个输出变量。
因此异步电机是一个多变量（多输入多输出）系统。
(2)异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电动势，在数学模型中含有两个变量的乘积项。
因此即使不考虑磁路不饱和等因素，数学模型也是非线性的。
(3)三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动系统的机电惯性，转速与转角的积分关系等，动态模型是一个高阶系统。
1.2 异步电动机的三相数学模型1.2.1 异步电机三相数学模型的前提假设在研究异步电机数学模型时，作如下的假设(1)忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。
(2)忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。
(3)忽略铁心损耗。
(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相等。
异步电动机三相绕组可以是Y连接，也可以是Δ连接。
若三相绕组为Δ连接，可先用Δ—Y变换，等效为Y 连接。
然后，按Y连接进行分析和设计。
三相异步电机的物理模型如下图1所示，定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的，转子绕组轴线a、b、c随转子以角转速w旋转。
图1 三相异步电动机的物理模型1.2.2 异步电机的三相动态模型的数学表达式异步电动机的动态模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成。
自动控制MATLAB实验报告
实验一 Matlab 使用方法和程序设计 热动102班 2010031294 唐旭一、实验目的1、理解 Matlab 软件使用的基本方法；2、理解 Matlab 的数据表示、基本运算和程序控制语句3、熟悉 Matlab 绘图命令及基本绘图控制4、学习使用 SIMULINK 进行系统仿真的方法二、实验内容：1、基本绘图命令（1）绘制余弦曲线 y=cos(t)，t ∈[0，2π] >> x=0:pi/15:2*pi;y=[cos(x)];plot(y)5101520253035-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线 y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)，t ∈[0，2π]>> x=0:pi/15:2*pi;y=[sin(x-0.5);cos(x-0.25)];plot(x,y)1234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.812、基本绘图控制绘制[0，4π]区间上的 y1=10sint 曲线，并要求：（1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；（2）坐标轴控制：x 轴和y 轴的显示范围（X 轴0：4Pi ；Y 轴：-10：10）、单位刻度大小相等、有网格线（3）标注控制：坐标轴名称（X 轴t ；Y 轴：y1）、标题（Sin 函数）指定位置创建说明性文本；>> x=linspace(0,4*pi,30);y1=10*sin(x); axis([0,4*pi,-10,10]); plot(x,y1,'r-.+') axis equal gridxlabel('t') ; ylabel('y1') ; title('Sin 函数');text(3,4,'热动102:唐旭') ; axis([0,4*pi,-10,10]);ty 1Sin 函数3、系统仿真PID 控制系统的结构如图所示，系统输入为斜坡输入，分别采用P 、PD 、PI 、PID 控制进行仿真，并分析P 、I 、D 对系统性能的影响。
电力拖动Matlab仿真实验指导书.docx
实验一转速反馈控制（单闭环）直流调速系统仿真一．实验目的1．研究直流电动机调速系统在转速反馈控制下的工作。
2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统响应特性的影响。
3.观察转速反馈直流调速系统在给定阶跃输入下的转速响应。
二、实验设备1．计算机；2．模拟实验装置系统；3．A/D & D/A 接口卡、扁平电缆（如下图所示）。
总线槽扁平电缆计算机A/D & D/A接口卡模拟实验装置系统三、实验原理直流电动机：额定电压UN220V ，额定电流IdN,55 A额定转速 n N1000r/ min，电动机电势系数 C e 0.192V min/ r 晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数 K s =44，滞后时间常数 T s=0.00167s 。
电枢回路总电阻 R=1.0 Ω，电枢回路电磁时间常数 T1=0.00167s ，电力拖动系统机电时间常数 T m =0.075s 。
转速反馈系数α=0.01 V ·min/r。
对应额定转速时的给定电压 U n*10V图 1比例积分控制的直流调速系统的仿真框图四、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2 SIMULINK 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； Math Operations 组中的Sum模块和 Gain 模块； Continuous 组中的 Transfer Fcn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。
自控实验-自动控制系统的MATLAB仿真分析
实验名称：自动控制系统的MATLAB仿真分析一、实验目的1.熟悉MATLAB在自动控制系统仿真中的应用；2.对自动控制系统进行仿真研究；3.掌握用MATLAB绘制自动控制系统根轨迹及对数频率特性的方法，掌握根据系统根轨迹及对数频率特性分析自动控制系统性能的方法。
二、实验设备1.计算机2.MATLAB软件三、实验内容1.用MATLAB提供的Simulink仿真软件工具对实验一中的各个典型环节及二阶系统进行阶跃响应仿真研究，将仿真获得的阶跃响应结果与模拟电路获得的阶跃响应结果进行比较。
（1）比例环节传递函数为200 ()51 G s=建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（2）积分环节传递函数为9.8 ()G ss=建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（3）一阶惯性环节传递函数为3.9 ()0.21G ss=+建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（4）比例积分环节传递函数为0.39781 ()0.102sG ss+=建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（5）比例微分环节传递函数为10 ()220s G ss=++建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（6）比例微分积分环节传递函数为51050 ()220sG ss s+=+++建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（7） 二阶系统的阶跃响应 ①0.325K ξ==传递函数为2()250()10250C s R s s s =++ 建立的仿真模型与阶跃响应仿真波形如下图所示：②0.510K ξ==传递函数为2()100()10100C s R s s s =++ 建立的仿真模型与阶跃响应仿真波形如下图所示：③0.75K ξ==传递函数为2()50()1050C s R s s s =++ 建立的仿真模型与阶跃响应仿真波形如下图所示：2. 单位负反馈系统的开环传递函数为：(1)()()(21)k s G s H s s s +=+仿真绘制K 从0~∞变化时的根轨迹，分析系统的稳定性。
MATLAB控制系统仿真实验报告解读
清华大学自动化工程学院实验报告课程：控制系统仿真专业自动化班级122姓名学号指导教师：时间：2015 年10 月19 日—10 月28 日目录实验一MA TLAB环境的熟悉与基本运算 (1)实验二MA TLAB语言的程序设计 (6)实验三MA TLAB的图形绘制 (9)实验四采用SIMULINK的系统仿真 (14)实验五控制系统的频域与时域分析 (17)实验六控制系统PID校正器设计法 (23)实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算一、实验时间及地点：实验时间：2015.10.19上午8:30—9:30实验地点：计算中心二、实验目的：1．熟悉MATLAB开发环境2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算三、实验内容：1、新建一个文件夹（自己的名字命名，在机器的最后一个盘符）2、启动MATLAB6.5，将该文件夹添加到MA TLAB路径管理器中。
3、保存，关闭对话框4、学习使用help命令，例如在命令窗口输入help eye，然后根据帮助说明，学习使用指令eye（其它不会用的指令，依照此方法类推）5、学习使用clc、clear，观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果。
6、初步程序的编写练习，新建M-file，保存（自己设定文件名，例如exerc1、exerc2、exerc3……），学习使用MATLAB的基本运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。
注意：每一次M-file的修改后，都要存盘。
练习A：（1）help rand，然后随机生成一个2×6的数组，观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果（2）学习使用clc、clear，了解其功能和作用（3）输入一个2维数值数组，体会标点符号的作用（空格和逗号的作用）。
（4）一维数组的创建和寻访，创建一个一维数组（1×8）X，查询X数组的第2个元素，查询X数组的第3个元素到第6个元素，查询X数组的第5个元素到最后一个元素，查询X数组的第3、2、1个元素，查询X数组中≤5元素，将X数组的第2个元素重新赋值为111，实例expm1。
电力拖动与自动控制系统仿真【武大电气】
电力拖动与自动控制系统仿真实验报告实验一 转速反馈控制直流调速系统仿真一、实验参数直流电动机：额定电压220N U V =，额定电流55dN I A =，额定转速1000/min N n r =，电动机电动势系数0.192min/e C V r =。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数44s K =，滞后时间常数0.00167s T s =。
电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数0.00167l T s =，电力拖动系统机电时间常数0.075m T s =。
转速反馈系数0.01min/V r α= 。
对应额定转速时的给定电压10n U V *=。
二、实验框图图1 比例积分控制的直流调速系统仿真框图三、仿真实验运行1、采用比例积分控制的直流调速系统时，仿真模型如下：图2 比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型（1）若只采用比例调节器（取消积分环节），仿真结果如下：①kp=0.25时，直流电动机电流和转速随时间变化的波形如下：图3 kp=0.25时电动机转速波形图4 kp=0.25时，电枢电流波形②kp=0.56时，电动机转速和电流波形如下：图5 kp=0.56时，电动机转速波形 图6 kp=0.56时，电枢电流波形③kp=0.8时，电动机转速和电流的波形如下：图7 kp=0.8时，电动机转速波形 图8 kp=0.8时，电枢电流波形（2）采用比例积分控制的直流调速系统，电枢电流和电动机转速波形如下： ①kp=0.25、1/τ=3时，电动机转速和电枢电流如下：图9 电动机转速波形 图10 电枢电流波形②kp=0.56、1/τ=11.43时，电动机转速和电枢电流如下：图11 电动机转速波形图12 电枢电流波形③kp=0.8、1/τ=15时，电动机转速和电枢电流如下：图13 电动机转速波形图14 电枢电流波形2、具有电流截止负反馈直流电动机调速系统模型如下：图15 带电流截止负反馈直流电动机调速系统的仿真模型根据电流截止负反馈对电流的要求：截至电流/dcr com s I U R =，且(1.~1.2)d c r NI I ≥；堵转电流n com dbl sU U I R *+≈，且(1.5~2.0)dbl N I I =。
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电力拖动自动控制系统---Matlab仿真实验报告实验一二极管单相整流电路一．【实验目的】1．通过对二极管单相整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。
图1-1 二极管单相整流电路仿真模型图二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立①打开模型编辑窗口；②复制相关模块；③修改模块参数；④模块连接；2.仿真模型的运行①仿真过程的启动；②仿真参数的设置；3.观察整流输出电压、电流波形并作比较，如图1-2、1-3、1-4所示。
三．【实验总结】由于负载为纯阻性，故输出电压与电流同相位，即波形相同，但幅值不等，如图1-4所示。
图1-2 整流电压输出波形图图1-3 整流电流输出波形图图1-4 整形电压、电流输出波形图实验二三相桥式半控整流电路一．【实验目的】1．通过对三相桥式半控整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。
二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。
2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。
相应的参数设置：（1）交流电压源参数U=100 V，f=25 Hz，三相电源相位依次延迟120°。
（2）晶闸管参数 Rn= Ω，Lon= 1 H，Vf=0 V，Rs=50 Ω，Cs=250e-6 F。
（3）负载参数R=10 Ω，L=0 H，C=inf。
（4）脉冲发生器的振幅为5 V，周期为 s （即频率为25 Hz），脉冲宽度为2。
图2-1 三相桥式半控整流电路仿真模型图当α=0°时，设为 3s， 6s， 9 s。
图2-2 α=0°整流输出电压等波形图当α=60°时，触发信号初相位依次设为，，。
图2-3 α=60°整流输出电压等波形图三 .【实验总结】三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路以及十二脉波可控整流电路等，均可在三相半波的基础上进行分析。
在电阻负载时，当，负载电流连续（其，U d最大）；当，负载电流断续，电阻负载时的移相范围为0~150°，阻感负载时的移相范围为0~90°。
实验三三相桥式全控整流电路一．【实验目的】1. 加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理；2. 研究三相桥式全控整流电路整流的工作原理和现象分析图3-1 三相桥式全控整流电路仿真模型图二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。
2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。
参数设置：（1）交流电压源参数U=100 V，f=25 Hz，三相电源相位依次延迟120°。
（2）晶闸管参数 Rn= Ω，Lon= 1 H，Vf=0 V，Rs=50 Ω，Cs=250e-6 F。
（3）负载参数R=10 Ω，L=0 H，C=inf。
（4）脉冲发生器的振幅为5 V，周期为 s （即频率为25 Hz），脉冲宽度为2。
当α=0°时，正相脉冲分别设为，， s；-C,-A,-B相触发脉冲依次是,,.图3-2 α=0°整流输出电压等波形图三 .【实验总结】目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路。
整流输出电压u d一周脉动六次，每次脉动的波形都一样，故该电路为六脉波整流电路。
带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是0~120°，带阻感负载时角的移相范围是0~90°实验四直流斩波一．【实验目的】1. 加深理解斩波器电路的工作原理;2. 掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法;3. 熟悉斩波器电路各点的电压波形;图4-1 直流斩波仿真模型图图4-2 示波器1输出波形图图4-3 示波器2输出波形图图4-4 负载端电压输出波形图图4-5 负载端电压平均值波形图图4-6 斩波电路输出电压、电流波形图二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。
2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置，直流电压E=200V。
负载电压的平均值为（4-1）式中，为V处于通态的时间；为V处于断态的时间；T为开关周期；为导通占空比。
负载电流的平均值为（4-2）由于占空比为50%，所以斩波输出电压负值为50V。
三 .【实验总结】根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有如下三种控制方式：1.保持开关周期T不变，调节开关导通时间, 称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）;2.保持开关导通时间不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型；3.和T都可调，使占空比改变，称为混合型。
实验五单闭环转速反馈控制直流调速系统一．【实验目的】1. 加深对比例积分控制的无静差直流调速系统的理解；2. 研究反馈控制环节对系统的影响和作用.二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。
2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置.转速负反馈闭环调速系统:直流电动机：额定电压，额定电流额定转速电动机电动势系数 ,假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数，滞后时间常数，电枢回路总电阻，电枢回路电磁时间常数，电力拖动系统机电时间常数，转速反馈系数对应额定转速时的给定电压比例积分控制的直流调速系统的仿真框图如图5-1所示。
图5-1 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图图5-2 开环比例控制直流调速系统仿真模型图图5-3 开环空载启动转速曲线图图5-4 开环空载启动电流曲线图图5-5 闭环比例控制直流调速系统仿真模型图在比例控制直流调速系统中，分别设置闭环系统开环放大系数k=, , 30，观察转速曲线图，随着K 值的增加，稳态速降减小，但当K 值大于临界值时，系统将发生震荡并失去稳定，所以K 值的设定要小于临界值。
当电机空载启动稳定运行后，加负载时转速下降到另一状态下运行，电流上升也随之上升。
图5-6 k=转速曲线图图5-7 k=电流曲线图图5-8 k=转速曲线图图5-9 k=30转速曲线图图5-10 闭环比例积分控制直流调速系统仿真模型图图5-11 PI 控制转速n 曲线图图5-12 PI 控制电流曲线图在闭环比例积分（PI ）控制下，可以实现对系统无静差调节，即,提高了系统的稳定性。
三 .【实验总结】通过对本次实验的仿真，验证了比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态误差。
比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。
若要求PI 控制调速系统的稳定性好，又要求系统的快速性好，同时还要求稳态精度高和抗干扰性能好。
但是这些指标是互相矛盾的，设计时往往需要用多种手段，反复试凑。
在稳、准、快和抗干扰这四个矛盾的方面之间取得折中，才能获得比较满意的结果。
实验六双闭环控制直流调速系统一．【实验目的】1. 加深了解转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性；2. 研究调节器的工程设计方法在系统中的作用和地位。
三．【实验步骤和内容】1. 仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。
2. 仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。
图6-1 电流环仿真模型图当KT=时，电流环传递函数图6-2 KT=时电流环仿真图当KT=, 电流环传递函数图6-3 KT=时电流环仿真图KT=，电流环传递函数图6-4 KT=时电流环仿真图当KT=0 .25时，很快地得到了电流环的阶跃响应仿真结果如图6-3所示，无超调，但上升时间长；当KT=，同样得到了电流环的阶跃响应的仿真结果如图6-4所示，超调打，但上升时间短。
图6-5 转速环仿真模型图波形图图6-6 转速环空载高速起动图6-7 转速环的抗扰波形图三 .【实验总结】用工程设计方法来设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环。
电流环设计完成后，把电流环等效成转速环中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。
工程设计时，首先根据典型I 型系统或II型系统的方法计算调节器参数，然后利用Matlab下的Simulink软件进行仿真，灵活修正调节器参数，直至得到满意的结果。
实验七异步电动机定子电流测定及调速方式一．【实验目的】1. 了解异步电动机动态数学模型的性质；2. 理解坐标变换的基本思路；3. 进一步掌握异步电动机调速方法；4.学会M文件的编写与运行。
图7-1 三相异步电动机仿真模型图二．【实验步骤和内容】1. 仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。
2. 仿真模型的运行：仿真过程的启动，仿真参数的设置。
图7-2 三相异步电动机电流仿真结果图7-3 异步电动机空载起动过程的转速仿真图t=, 加负载值30图7-4 异步电动机空载起动和加载过程电流仿真结果图图7-3 异步电动机空载起动和加载过程的转速仿真图异步电动机调速方式额定条件下的磁链和机械特性曲线图Un=380v, fn=50Hz,图7-4 额定条件下的磁链曲线图图7-5 额定条件下的机械特性图1.调压调速电动机同步转速保持为额定值不变，随着电压的降低最大电磁转矩减小。
图7-6 电压在300V下的机械特性图图7-7 电压在280V下的机械特性图2.恒压频比，基频以下调速同步转速下降，最大电磁转矩下降（这里频率为弧度制）图7-8 350/289下的机械特性图图7-9 280/231下的机械特性图3. 电压不变，基频以上调速最大电磁转矩下降、同步转速上升。
图7-10 频率为340rad/s下的机械特性图图7-11 频率为380rad/s下的机械特性图实验八异步电动机转子电流的测定一．【实验目的】1. 了解异步电动机动态数学模型的性质；2. 理解坐标变换的基本思路；3. 进一步掌握异步电动机调速方法；4.学会M文件的编写与运行。
二．【实验步骤和内容】1. 仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。
2. 仿真模型的运行：仿真过程的启动，仿真参数的设置。
图8-1 三相异步电动机仿真模型图在t=，t=，t=加阶跃负载图8-2 异步电动机空载起动和加载过程的电流仿真图三 .【实验总结】在采用矢量控制技术后，通过坐标变换，可以把交流电动机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量，分别用来控制电动机的转矩和磁通，可以获得和直流电动机相仿的高动态性能。
在进行异步电动机仿真时，没有必要对四种状态方程逐一进行，只要以一种为内核，在外围加上坐标变换和状态变换，就可得到在不同坐标系下、不同状态量的仿真结果。