1、 实验一 直流电机开环 调速 系统 仿真 一、 实验目的 1、掌握直流电机开环系统各部分组成及基本原理 2、掌握基于物理模型的直流电机开环系统仿真方法 3、 分析直流电机开环调速系统存在的问题， 具备一定实验数据分析能力 。 二 、 实验内容 1、 直流电机调压调速分析 假设 直流电机 负载恒定 ，通过改变晶闸管 触发角 来实现直流电机调压调速。 步骤 1：搭建系统仿真图，见下图。 具体参数为： （ 1）电机模型参数 励磁电压 220V。 （ 2）交流电源模型参数 在 MATLAB/Simulink 中，三相交流电源模型位于 SimPowerSystemElectricalThree-Phas
2、e Source。其参数设置如下。 （ 3）三相晶闸管整流器模型参数 模型位于 SimPowerSystemPower ElectronicsUniversal Bridge。其参数采用默认值。 （ 4） 6 脉冲触发电路模型参数 双击模型，将频率参数改为 50Hz，当采用宽脉冲控制方式时，脉冲宽度应大于 60 度。 （ 5）直流回路中平波电抗器的电感取 L=0.005H （ 7） Powergui模型 在用 Simulink 中的 SimPowerSystem 系统仿真时，界面必须要求 Powergui模块。 （ 8）仿真时间为 2s。 （ 9）电机负载为 50Nm。 将 6 脉冲触发装置的
3、触发角在 t=1s 时由 30 度变为 50 度 。 步骤 2：系统仿真结果分析 仿真得到的转速、电枢电流、电磁转矩波形见下图。 转速波形 电枢电流波形 电磁转矩波形 实验结果分析 ： （ 1） t=1s 时，随着触晶闸管发角的增大，电机转速下降。验证了直流电机调压调速原理。 （ 2）电枢电流与电磁转矩波形的形状相同，这与理论一致，因为 aee ICT 。 （ 3）在触发角 由 30 度变为 50 度时，稳态后，电磁转矩 和电枢电流 不变。这是因为电机稳态时，电机的电磁转矩与负载转矩相等，由于负载转矩始终不变，所以稳态后电磁转矩也不变，只是在动态过程中有所波动。 2、 负载对电机转速影响 分析
4、 仿真电路图见下图。 主要模型参数不变，将晶闸管触发角改为 30 度不变， 即 直流电机端点压 恒定，负载 在 1s时由 50 变为 100Nm。 仿真结果如下： 转速 波形 电枢电流矩波形 电磁转矩波形 实验结果分析 ： （ 1）在 t=1s 时，随着负载增大，电机转速下降。 （ 2）电枢电流与电磁转矩波形的形状相同，这与理论一致，因为 aee ICT 。 （ 2） 随着负载增大，电磁转矩和电枢电流也同时增大。 这是因为 随着负载增加，要使电机达到稳态，相应的电磁转矩也必须增加，才能使转子合转矩为零， 电机 才能保持 稳态 。 三 、 开环调速系统存在的问题 随着电机带动的负载越大，电机的稳
5、态转速下降， 因此这种调速系统只能用于对电机调速要求不高的场所。 实验 2 转速反馈无静差直流调速系统仿真 一、实验目的 1、掌握 PI 控制的单闭环 直流电机调速系统的基本原理 2、掌握运用 MATLABSimulink 仿真软件建立 PI 控制的单闭环直流电机调速系统的仿真数学模型，并具有一定的数据分析能力。 二、实验原理与步骤 1、 PI 控制的单闭环直流电机调速系统数学模型与原始数据 数学模型 被控对象原始数据 （ 1）直流电机数据： VUN 220 ， AIN 55 ， min/1000rnN ， rVC e m in/192.0 （ 2）晶闸管整流装置： 44sK ， sTs 00
6、167.0 （ 3）电枢回路总电阻 1R ；电枢回路电磁时间常数 sTl 017.0 ；机电时间常数sTm 075.0 ；转速反馈系数 rV min/01.0 ；对应额定转速时给定电压 VUn 10*max 。 2、转速给定信号不同时的电机转速仿真 （ 1）给 定信号：给定信号为阶跃信号，初始值为 10， 0.5s 后变为 5。 （ 2） PI 调节器：比例系数 56.0pK ；积分系数 43.111 ， 积分器有限幅作用 ，上限为10，下限为 -10，具体设置见下图。 （ 3）电机空载运行。 （ 4）仿真时间设为 1s。仿真电路图如下。 （ 5）仿真得到的转速和电枢电流波形如下： 转速波形
7、电枢电流波形 （ 6）仿真结果分析： 由转速波形可以得出：当给定电压为最大值 10V时，电机转速在启动时有一定超调量，稳态时达到 额定转速 1000r/min。 0.5s 后，给定电压降为 5V，转速也降低一半，为 500r/min。 由电流波形可以得出：起动电流较大。但不管给定电压为最大值 10V还是降为 5V，电机运行到达稳态后，电枢电流与负载电流相等，因为此时没加负载，故稳态时电枢电流为 0。 3、调节 PI 控制器参数对转速的影响仿真 假设电机空载运行，转速给定信号为 10V。比例系数 25.0pK ，积分时间系数 31 ，仿真结果如下： 由转速波形可以得出：当给定电压为最大值 10V
8、 时，电机转速启动过程没有超调量，稳态后能达到额定转速 1000r/min。 由电流波形可以得出：起动电流较小。当电机运行到达稳态后，电枢电流降低为 0。 4、不同负载对转速的影响仿真 假设电机转速给定信号为 10V； PI 调节器中比例系数 56.0pK ，积分系数 43.111 ；负载设定为初始负载电流为 50A， 0.5s 后负载电流变为 100A，仿真模型如下。 仿真得到的转速和电枢电流波形如下： 由转速波形可以得出： 0.5s 后，负载电流由 50A增加到 100A，电机达到稳态后转速没发生变化，仍为额定转速 1000r/min。说明 由比例积分控制器构成的闭环调速系统为无静差系统。 由电流波形可以得出：起动电流较大。 0.5s 后，负载电流由 50A增加到 100A，为了使电机达到稳态，电枢电流相应的也从 50A增加到 100A，即电枢电流始终与负载电流相等，以维持电机稳定运行。 三 、实验 心得
