计算机仿真技术 直流调速系统仿真实验 报告

北京交通大学计算机仿真技术直流调速系统仿真实验报告姓 名：***学 号：*****(1005班)老师： 王****仿真日期：2013/5/10-2013/6/25目录一、电机开环特性仿真··········································2二、转速闭环控制··············································2三、电机起动特性··············································3四、压斩波器供电··············································4五、降压斩波器由电网供电······································4六、课程总结··················································5直流调速系统仿真一、电机开环特性仿真利用matlabsimulink绘制连接图如下，并仿真出转速n的波形如下：图2图1图2图1根据仿真结果求出空载时的转速n为1141.75rad/s，负载时的转速n为978.56rad/s，以及静差率s。由（复习：静差率是指电动机在一定转速下运行时，负载由理想空载变到额定值时所产生的转速降落与理想空载转速之比值）二、转速闭环控制电机电枢联接受控电压源，转速控制器为比例-积分控制器，转速指令为1130rpm。仿真原理框架图为下图3：图3图3绘制仿真连接图如下：图4图4（1）当PI分别取1,1时，仿真转速n波形为图5；当PI分别取1，1时电枢电流波形为图6；图6图6图5（2）改变PI的值，以改善电机响应的动态特性PI去0.5，20时仿真转速n波形为图7；将PI去0.5，20时电枢电流波形为图8； 图8图7图8图7计算：测量超调量；动态响应时间约为为：0.7s（3）继续改变PI值为10,1时仿真：PI去10,1时仿真转速n波形为图9；将PI去10,1时电枢电流波形为图10；图10图9图10图9计算：测量超调量；动态响应时间约为为：0.05s由（2）（3）比较可以看出PI的值可以决定电机启动动态特性，PI值相差较大时动态特性也相差较大。（4）由仿真过程可以看出，改变PI的控制值，可以改变相应的超调量和响应时间，即动态性能。但当PI分别取0.5,20时，超调量仍然较大、动态响应时间较长（可以通过改善PI的值来改善）。一般情况下，改变P的值可改变超调量；改变I的值即可改变响应时间。但是由于没有对电机的启动特性做改善，因此电枢电流波形在电机刚刚启动的瞬间电流极大（PI为0.5,10时可以达到3100A，PI为10,1时为4950A），因此为了保护电机启动时的设备安全以及其他一些性能，采取必要的改善电机启动的特性是完全必要的。三、改善电机起动特性将转速指令值用斜坡函数给定的方法，限制电机的起动电流绘制仿真连接图为图11： 仿真（PI为10,1）转速n和电枢电流的波形为图12图12图11图12图11由仿真（PI分别取10，1）可以看出，将转速指令值用斜坡函数给定之后，电机启动电流约为350A。相比于（2）中的启动冲击电流4950A，减小近15倍，但是响应时间从0.05s增大为0.38s，在实际分析时，可以通过调整斜坡函数的斜率来达到对超调量和响应时间的要求（当斜坡函数的斜率取30000时，仿真波形的响应时间约为0.05s，但冲击电流较大；当斜率改为3000时，仿真波形的响应时间极端约为0.38s，但冲击电流变得很小350A）。四、降压斩波器供电用降压斩波器代替受控电压源，绘制仿真连接图为图13图13图13画出转速n和电枢电流的波形为图14，并与使用理想受控电源的情况进行比较：图14仿真与（图14仿真与（3）理想受控电源比较（P,I取10,1）：从仿真得用降压斩波器代替受控电压源代替理想电源，电机启动冲击电流变大，电流不稳定度增加（电流波形增大），1.5s时在转动负载加入时，电流持续不稳定。在负载转矩突变时，电枢电流有较大的冲击，可以通过改变比例-积分控制器参数以及采取抗饱和措施改善电枢电流的响应。五、降压斩波器由电网供电实际工程应用中，斩波器的直流电源通常是由交流电网经过整流得到，仿真连接图为图15图15图15仿真得出转速n和电枢电流的波形为图16图16图16仿真直流电容电压波形如图17 A相电流波形如图18图17图18图17图18求负载情况稳态时，A相电流为图19A相电流的A相电流的谐波分布和THD：谐波分布大概在6n±1右，6倍频谐波被消除。图18图1图19六、课程总结通过一学期的仿真技术学习课程，感觉受益匪浅，从课堂上学习理论仿真技巧到实验室实际动手仿真，不仅练习了自己的动手能力，而且仿真课程与所学专业课电力电子技术、电机、自动控制原理的结合，使学生更加直观的了解到了各种技术的互相