實(shí)驗(yàn)一

開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉并掌握利用MATLAB中Simulink建立直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型和進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的方法。

2、掌握開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理及仿真方法。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖如圖1所示，根據(jù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的參數(shù)在Simulink中建立開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，按照要求分別進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，輸出直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流Id和轉(zhuǎn)速n的響應(yīng)數(shù)據(jù)，繪制出它們的響應(yīng)曲線，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出相應(yīng)的結(jié)論。

圖1

開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖

開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的參數(shù)如下：

直流電動(dòng)機(jī)：額定電壓UN

=

220

V，額定電流IdN

=

A，額定轉(zhuǎn)速nN

=

1000

r/min，電動(dòng)機(jī)電勢(shì)系數(shù)Ce=

0.192

V·min/r。

假定晶閘管整流裝置輸出電流可逆，裝置的放大系數(shù)Ks

=

44，滯后時(shí)間常數(shù)Ts

=

0.00167

s。

電樞回路總電阻R

=1.0

Ω，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Tl

=

0.00167

s，電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm

=

0.075

s。

對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓Un*=4.364V。

三、實(shí)驗(yàn)步驟

1、根據(jù)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)參數(shù)建立空載時(shí)的Simulink仿真框圖，如圖2所示。

圖2

空載時(shí)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖

2、設(shè)置合適的仿真時(shí)間，利用out器件或示波器將相關(guān)數(shù)據(jù)輸出到MATLAB的Workspace中，并在MATLAB中利用plot（X,Y）函數(shù)繪制出空載時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流Id和轉(zhuǎn)速n的響應(yīng)曲線，記錄并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出相應(yīng)的結(jié)論。

3、根據(jù)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)參數(shù)建立帶負(fù)載時(shí)的Simulink仿真框圖，如圖3所示。

圖3

帶負(fù)載時(shí)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖

4、設(shè)置合適的仿真時(shí)間，在1s時(shí)分別加入負(fù)載電流為IdL=10、20、50A，利用out器件或示波器將相關(guān)數(shù)據(jù)輸出到MATLAB的Workspace中，并在MATLAB中利用plot（X,Y）函數(shù)繪制出在1s時(shí)加入負(fù)載電流分別為IdL=10、20、50A時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流Id和轉(zhuǎn)速n的響應(yīng)曲線，記錄并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出相應(yīng)的結(jié)論。

5、設(shè)置合適的仿真時(shí)間，在1s時(shí)分別加入負(fù)載電流為IdL=20A，修改給定電壓Un*的值（取3組不同的值），利用out器件或示波器將相關(guān)數(shù)據(jù)輸出到MATLAB的Workspace中，并在MATLAB中利用plot（X,Y）函數(shù)繪制出在1s時(shí)加入負(fù)載電流分別為IdL=20A時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流Id和轉(zhuǎn)速n的響應(yīng)曲線，記錄并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出相應(yīng)的結(jié)論。（證明開環(huán)時(shí)轉(zhuǎn)速降落只與負(fù)載電流有關(guān)，而與給定電壓無關(guān)。）

四、數(shù)據(jù)分析

T/s

0

0.01

0.05

0.5

1.1

1.5

Id/A

0

174.95

102.06

0.37

0.05

0.11

0.05

n/r*min

0

102.95

481.2

999

1000.1

1000.1

1000.1

在0~1s里，電流快速減小，1s后，電流趨于平穩(wěn)；而在0~1s里，電機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升，1s后達(dá)到穩(wěn)定。

T/s

0

0.01

0.05

0.5

1.2

1.5

Id1/A

0

174.45

102.06

0.37

0.02

9.37

10.12

n1/r*min

0

102.95

481.2

998.92

1000.1

951.63

948.04

Id2/A

0

174.45

102.06

0.37

0.02

18.73

20.12

n2/r*min

0

102.95

481.2

998.92

1000.1

902.74

896.01

Id3/A

0

174.45

102.06

0.37

0.02

46.75

49.97

n3/r*min

0

102.95

481.2

998.92

1000.1

756.76

739.96

由上表可知，在0~1s內(nèi)，隨著id的減小，n逐漸增大；在1s時(shí)突加負(fù)載電流，id逐漸增大，n逐漸減小；且隨著負(fù)載電流的增大，id增大越明顯，n減小越明顯。

T/s

0

0.01

0.05

0.5

1.2

1.5

Id1/A

0

395.69

229.82

0.59

0.02

19.138

20.5

n1/r*min

0

265.49

1122.5

2289.1

2291.7

2194

2187.6

Id2/A

0

598.33

346.85

1.18

0.17

18.75

20.16

n2/r*min

0

364.14

1675

3433.5

3437.5

3340.2

3333.4

Id3/A

0

801.62

474.26

1.84

-0.07

18.52

19.7

n3/r*min

0

452.76

2171.2

4577.9

4583.3

4486

4479.3

對(duì)上表分析，隨著給定電壓的升高，電樞電流在0~1s所達(dá)到的峰值也隨著提高，在1s時(shí)加入20A固定負(fù)載電流后，電樞電流上升的幅度基本相同；電機(jī)轉(zhuǎn)速跟電樞電流變化基本相似。

在Un*分別為10V、15V、20V時(shí)，轉(zhuǎn)速降落分別為

Δn1=2289.1-2187=102.7(r/min)

Δn2=3437.5-3333.4=104.1(r/min)

Δn3=4583.3-4479.3=104(r/min)

可以看出Δn1≈Δn2≈Δn3，因此可證明轉(zhuǎn)速降落于給定電壓Un*無關(guān)。