电机调速系统的计算机仿真

电机调速系统的计算机仿真

一实验目的

1.通过仿真了解并会运用matlab/simulink与simpowersysdem设计电机系统并对系统进行软件仿真。

2.通过系统模型实验研究直流电机双闭环调速系统的过程与方法。

3.通过系统模型实验研究直流电机闭环可逆脉宽调速系统的过程与方法。

4.通过仿真掌握直流电机的速度控制方法。

二实验内容

1.直流电机双闭环系统的建模与仿真。

（1）仿真建模与模型参数设置

①三相电源的建模和参数设置

peak amplitude :220V frequence:50Hz phase A相0deg B相-120deg C相-240deg

②晶闸管桥的建模和参数设置

桥臂数3

③平波电抗器的建模和参数设置

Inductance 5e-3H

④直流电机建模和参数设置（见下图1）

⑤控制电路建模和参数设置

包括同步脉冲触发器的建模和参数设置、给定与测量

Frequence of synchronisation voltages50Hz

给定alta=90，为常量。

在电机的测量端口测取w（转速）,Ia（电枢电流）,If（励磁电流）,Te（电磁转矩），用多路复用分离各测取量，在示波器上用不同的坐标显示。

模型建立与参数设置完毕后模型见下图2：

其中模型中没有对控制电路模型进行creat block。

Current controller所用的PI调节器参数设置如下图3：

Speed controller的参数设置为下图4：

（2）其他参数设置：触发角90deg，参考给定速度Reference speed：step time 2s,initial value 100rad/s,final value 200rad/s,阶跃负载step time:4s,初始负载给定10n.m,最终负载给定100n.m （经仿真后知：负载为100n.m偏大）

所有参数设置完毕，start simulink对直流电动机双闭环调速系统进行仿真，仿真结果下图5：

晶闸管输出电压波形为图6：

控制角（control angle）波形为图7：

（3）对仿真结果的分析

如图5所示，在0-2秒的时间内，分三个阶段：电流上升阶段（0-0.1秒左右），恒流升速阶段（0.1-0.4秒左右），转速调整阶段（0.4-0.7秒左右）。2秒时给定速度有100变为200rad/s ,2-3秒时间内，电动机转速上升，电枢电流基本不变，当转速达到给定值时，电枢电流有大幅的下降，3-4秒时间内转速基本恒定，电枢电流有一振荡的环节。第4秒时，负载给定变化，由10变为100n.m。这时由于系统中由有速度与电流调节器（PI调节器）的作用，使得电动机的转速基本没有变化，电枢电流由小幅的振荡上升过程最后达到稳定。整个环节励磁电流没有变化。电磁转矩的变化与电枢电流的变化一致，原因是：励磁电流If与直流电机的励磁磁场大小Φ有关，由公式T=CtΦIa知，Ct、Φ不变，T与Ia成正比关系。

（4）改变其中某些参数后仿真结果的变化

触发角alfa=30时仿真结果见图8：

负载在4秒后增大到300n.m时，仿真结果见图9：

可以看出4秒之后由于负载过大，调速系统不能是速度维持恒定，已经不能满足要求。这也与电机本身的额定数据有关。

4时，仿真结果为图10：

时候有很大的电流波动，这会对电动机有一较大的电流冲击，使电动机容易损坏。

2.直流电动机闭环可逆脉宽调速系统 H型主电路、双极性调制

（1）仿真模型的建立和参数设置

①控制电路mosfet，采用系统自动给定的参数，不需要做调整。数据类型转换选择inheri via back propagation.采用数据类型转化的原因是信号经速度和电流调节器后由double型变为boolean型。

②current controller 采用relay环节，

Speed controller参数KP=1.6，KI=16.

③平波电抗器L=1H，其值偏大。

④电动机的参数与双闭环系统中的电动机参数一致。负载T=50n.m

闭环可逆脉宽调速系统的模型为图11：

（2）仿真结果：见图12：

电动机运行在电动状态下，电枢电流有脉动。转速有轻微的脉动。

（4）当负载变小时（T=10n.m），仿真结果为：

发现电枢电流有负值。

（5）仿真过程出现的问题。

仿真时matlab警告提示：

SimPowerSystems processing DcMotorCloseReversiblePulseControl ...

Computing state-space representation of linear electrical circuit ... (6 states ;

7 inputs ; 7 outputs ; 4 switches)

Computing steady-state values of currents and voltages ...

Building the Simulink model inside "VD" block ...

Ready.

Warning: Block diagram 'DcMotorCloseReversiblePulseControl' contains 1 algebraic loop(s). To see more details about the loops use the command line Simulink debugger by typing "sldebug DcMotorCloseReversiblePulseControl" in the MATLAB command window. To eliminate this message, set the Algebraic loop option in the Diagnostics page of the Simulation Parameters Dialog to "None".

Found algebraic loop containing:

'DcMotorCloseReversiblePulseControl/Current controller' (discontinuity)

'DcMotorCloseReversiblePulseControl/1'

'DcMotorCloseReversiblePulseControl/not' (discontinuity)

'DcMotorCloseReversiblePulseControl/2'

'DcMotorCloseReversiblePulseControl/VD/source/Switches2/Model1/Conduction Logic/Data Type Conversion1'

'DcMotorCloseReversiblePulseControl/VD/source/Switches2/Model1/Conduction