2023年实验一开环直流调速系统仿真实验.doc

实验一开环直流调速系统仿真实验实验一开环直流调速系统仿真实验 实验一 开环直流调速系统的仿真 一、实验目的 1、熟悉并掌握利用 MATLAB 中Simulink 建立直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。2、掌握开环直流调速系统的原理及仿真方法。二、实验内容 开环直流调速系统的仿真框图如图 1 所示，根据系统各环节的参数在 Simulink 中建立开环直流调速系统的仿真模型，按照要求分别进行仿真实验，输出直流电动机的电枢电流 Id 和转速 n 的响应数据，绘制出它们的响应曲线，并对实验数据进行分析，给出相应的结论。图 1 开环直流调速系统的仿真框图 开环直流调速系统中各环节的参数如下：直流电动机：额定电压 UN=220 V，额定电流 IdN=55 A，额定转速 nN=1000 r/min，电动机电势系数 Ce=0.192 Vmin/r。假定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=0.00167 s。电枢回路总电阻 R=1.0，电枢回路电磁时间常数 Tl=0.00167 s，电力拖动系统机电时间常数 Tm=0.075 s。对应额定转速时的给定电压 Un*=4.364V。三、实验步骤 1、根据开环直流调速系统的各环节参数建立空载时的 Simulink仿真框图，如图 2 所示。图 2 空载时开环直流调速系统的仿真框图 2、设置合适的仿真时间，利用 out器件或示波器将相关数据输出到 MATLAB 的 Workspace 中，并在 MATLAB 中利用plot（X,Y）函数绘制出空载时直流电动机的电枢电流 Id 和转速 n 的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。3、根据开环直流调速系统的各环节参数建立带负载时的 Simulink 仿真框图，如图 3 所示。图 3 带负载时开环直流调速系统的仿真框图 4、设置合适的仿真时间，在 1s时分别加入负载电流为 IdL=10、20、50A，利用 out 器件或示波器将相关数据输出到 MATLAB 的 Workspace 中，并在 MATLAB 中利用 plot（X,Y）函数绘制出在 1s 时加入负载电流分别为 IdL=10、20、50A 时直流电动机的电枢电流 Id 和转速 n 的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。5、设置合适的仿真时间，在 1s 时分别加入负载电流为 IdL=20A，修改给定电压 Un*的值（取 3 组不同的值），利用 out 器件或示波器将相关数据输出到MATLAB 的 Workspace 中，并在 MATLAB 中利用 plot（X,Y）函数绘制出在 1s 时加入负载电流分别为 IdL=20A 时直流电动机的电枢电流 Id 和转速 n 的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。（证明开环时转速降落只与负载电流有关，而与给定电压无关。）四、数据分析 T/s 0 0.01 0.05 0.5 1 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01s 里，电流快速减小，1s 后，电流趋于平稳；而在 01s 里，电机转速快速上升，1s 后达到稳定。T/s 0 0.01 0.05 0.5 1 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01s 内，随着 id 的减小，n 逐渐增大；在 1s 时突加负载电流，id 逐渐增大，n 逐渐减小；且随着负载电流的增大，id 增大越明显，n 减小越明显。T/s 0 0.01 0.05 0.5 1 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 对上表分析，随着给定电压的升高，电枢电流在 01s 所达到的峰值也随着提高，在 1s 时加入 20A固定负载电流后，电枢电流上升的幅度基本相同；电机转速跟电枢电流变化基本相似。在 Un*分别为 10V、15V、20V 时，转速降落分别为 n1=2289.1-2187=102.7(r/min)n2=3437.5-3333.4=104.1(r/min)n3=4583.3-4479.3=104(r/min)可以看出 n1n2n3，因此可证明转速降落于给定电压 Un*无关。