电力拖动Matlab仿真实验指导书之欧阳体创编

实验一转速反馈控制（单闭环）直

流调速系统仿真

时间：2021.02.03 创作：欧阳体

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）。

三、实验原理

●直流电动机：额定电压，额定电流 ,

额定转速，电动机电势系数

●晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks=44，滞

后时间常数Ts=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=0.01 V·min/r 。

●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

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。

双击sum模块，Transfer Fen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Transfer Fen 模块

对话框

描述加法器三路输入的符号，|表示该路没有信号，用|+取代原来的符号。得到减法器。

例如，0.002s+1是用向量[0.002 1]来表示的。

分子多项式系数

分母多项式系数

图6 阶跃输入step 模块

对话框

图7增益模块对话框

阶跃时刻，可改到0 。

阶跃值，可改到10 。

填写所需要的放大系数

积分饱和值,可改

为10。

积分饱和值,可改

为10。

图8 Integrator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→Rotate Block菜单项可使模块

旋转90°；选取F ormat→Flip Block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→Configuration Parameters 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

10 SIMULINK 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) ，

仿真的起始时间

结束时间修改为0.6秒

自动刻度

观察系统转速的响应结果。

五、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．画出仿真系统三组PI参数下的阶跃响应波形，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

一．实验目的

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。

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。

三、实验原理

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。

四、实验内容

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（Upper limit）和下届（Lower limit）参数分别设置为本例题的限幅值+10和10。如图3所示。