晶闸管开环直流调速系统的仿真
晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定
§5-1 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一、 实验目的（1） 熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构（2） 掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法二、 实验原理晶闸管直流直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。
在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g 作为触发器的移相控制电压U ct ，改变U g 的大小α即可改变控制角，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。
实验系统的组成原理如图5-1所示。
1V L d三相电源输出A M A V G VT 4VT 1VT 3VT 5VT 6VT 2I 1给定触发电路正桥功放U f G 1K 1G 2K 2G 3K 3G 4K 4G 5K 5G 6K 6励磁电源I 2U 2R U ct图5-1 晶闸管直流调速实验系统原理图三、 实验内容（1）测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R 。
（2）测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L 。
（3）测定直流电机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD 2。
（4）测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td 。
（5）测定直流电动机电势常数C e 和转矩常数C M 。
（6）测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M 。
（7）测定晶闸管触发及整流装置特性U d =f (U ct )。
（8） 测定测速发电机特性U TG =f (n )。
四、 实验仿真晶闸管直流调速实验系统的原理如图5-1所示。
该系统由给定信号、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。
图5-2是采用面向电气原理图方法构成的晶闸管直流调速系统的仿真模型。
下面介绍各部分建模与参数设置过程。
图5-2 晶闸管开环调速系统的仿真模型1.系统的建模和模型参数设置系统的建模包括主电路的建模和控制电路的建模两部分。
（1）主电路的建模和参数设置由图5-2可见，开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。
基于晶闸管直流双闭环调速系统的研究与仿真
Ｐ设计 『
双闭环
Ｍａａ／ ｉ ｌ ｋ￣真 ｄｂ Ｓ ｉ ４ ｍｕｎ
引言
本文 以双 闭环调速 系统为例。 建立双闭环调速 系统， 并以提 高系统 稳定性、快速响应及带负载的能力为 目标研究 。再 因电机本 身复杂， 加上 电压反馈、 电流反馈、Ｐ 校正器设计。 Ｉ 整个调速过程 、参数选择 都须 花大量时间。本文利 用工程设计方法和采用Ｍ ｔａ／ｉ ｕｉｋ ａ ｌｂ ｍ ｌ ￣具 Ｓ ｎ 建立 电机可视化模型 。 对整个 调速过程进行动 态仿 真和系统分析 。
（ 接 第４７ ） 上 页
［１ ２ 张传伟． 直流 电机 双闭环调速 系统的仿真研 究『 ． ＿ 机床 与液压， １ １ ２０ （ ０５ ２）：２ —１９ １８ ２． ｆ１ ３ 薛定 余 ， 馈 控 制 系统 设 计 与分 析 一 一 ＭＡＴ Ａ 反 Ｌ Ｂ语 言 应 用 『 ． Ｍ１
清 华 大 学 出版社 ，０ ０ ２ ０
参 考 文 献 ［ 张 小强 ， 放 春 一种 基 于ＧＰ Ｓ 术 的 无线 监 控 系统 【 ．中国 １ 】 杨 Ｉ技 ￣ Ｊ】
数 据通 信 ， ０ ４ （１ ９ ２ ０ ， １ ）： ２— ９ ５．
建议采￣Ｗｎ ｏｓＳｒ ｒ ０ ０ ｉ ｗ ｅｖ ０￣为应用服务器的操作系统 应用服务 ｄ ｅ ２ 为ＩＳ采用Ｓ ＬＳ ｒｅ ００ Ｉ， Ｑ ｅ ｖｒ２０ 作为生 产运行管理信息系统的数据库平台。
ｐｒ（Ｙ ） ｅ ｆ ， ｔ： ２， 如图１ 所示：
％ 求二阶性 能指标的函数
ｓ 去 ＋
式中， Ｋ为比例系觌 Ｋ为积分系数： Ｔ：ＫＫ。 ｎ 上述Ｐ Ｉ 调节器的传递函数直接调＃ Ｍ ｔ ｂ ｉ ｕｉｋ 的传递函数模 ￣ ａｌ ／ ｍ ｌ ｄ ａＳ ｎ￣ 块。调节的器饱和限幅输出值 在Ｍｔ ｂ ｉ ｕ ｎ中ｓｔｒ １ 模块设定。 ａｌ／ ｍ ｌｋ ａＪｔ ｎ ａＳ ｉ 』ａ ｏ
实验一 晶闸管直流调速系统主要单元的调试
实验二晶闸管直流调速系统主要单元的调试一、实验目的(1)熟悉直流调整系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。
(2)掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。
二、实验所需挂件及附件三、实验内容(1)速度调节器的调试(2)电流调节器的调试(3)“零电平检测”及“转矩极性鉴别”的调试(4)反号器的调试(5)逻辑控制器的调试四、实验方法将DJK04挂件的十芯电源线与控制屏连接，打开电源开关，即可以开始实验。
220(1)速度调节器的调试①调节器调零将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“电流调节器”成为P (比例)调节器。
调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的毫伏档测量电流调节器“7”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。
②调整输出正、负限幅值把“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器成为PI (比例积分)调节器，然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2，观察输出负电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，观察调节器输出正电压的变化。
③测定输入输出特性再将反馈网络中的电容短接（将“5”、“6”端短接），使速度调节器为P （比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。
④观察PI特性拆除“5”、“6”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。
改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。
(2)电流调节器的调试①调节器的调零将DJK04中“电流调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接“速度调节器”的“8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“电流调节器”成为P（比例）调节器。
实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试
uT
uu
uv
uw
uu
1# 2# 3# 4# 5# 6#
如何调准90°?
二、单闭环系统的调试步骤
1、各单元的调试
（2）转速调节器ASR的调试
R0 RP1
R0
R1 C1
+ +
ASR
Rbal
+15V
RP1
Uct
RP2
-15V
限幅值和参数
二、单闭环系统的调试步骤
1、各单元的调试 （3）主电路的调试
直流电流表 B1 A
（3）按测得数据，画出两个电平检测器的 回环。
4．反号器（AR）的调试
测定输入输出比例，输入端加+5V电压， 调节RP，使输出端为-5V
5．逻辑控制器（DLC）的调试
测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：
UM 输入
UI
1 1 0 0 01 1 0 0 1 00
Uz(Ublf) 0 0 0 1 1 1 输出
2 测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的 额定值(1.1A).
3 双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接， 故在使用时，必须使两探头的地线同电位(只用一根 地线即可)，以免造成短路事故。
四、思考题
1．闭环系统的调试原则是什么？ 2．如何整定系统的零位？ 3．如何整定反馈系数α? 4 . 如果发现闭环后，转速很高且不可控，
3、系统的闭环调试
（2）系统闭环运行；（3）闭环静特性测试 +
R1
C1
~
G
-
-15V
RP1
U
* g
R0
R0
++ +
ASR
开环直流调速控制系统与仿真
《计算机仿真及应用B》答卷学号：姓名：班级：任课老师：开环直流调速控制系统的仿真1、开环直流调速控制系统的组成开环控制系统是根据给定的控制量进行控制，而被控制量在整个控制过程中对控制量不产生任何影响。
对于被控制量相对于其预期值可能出现的偏差，开环控制系统不具备修正能力。
而直流调速开环控制系统通常是采用调节电枢电压方案，具体实现在20世纪60年代晶闸管整流器的应用而采用由晶闸管整流器和电动机（V-M ）系统实现开环或闭环控制调速系统。
2、开环直流调速控制系统仿真（1）基于数学模型的开环直流调速系统仿真。
①开环直流调速控制系统数学模型。
开环直流调速控制系统主要包括给定信号、晶闸管触发装置及整流环节、平波电抗器和直流电动机等4个环节。
这里所说的基于数学模型的系统仿真主要是指基于传递函数的matlab 下的Simulink 下的实现，再通过机理法可以建立开环直流调速控制系统动态结构图，如图1-1所示。
然后，根据系统I 直接给出各个环节的传递函数及参数。
可以得到系统I 开环控制的动态结构图，如图1-2所示。
②开环直流调速系统仿真实现。
图1-1 开环直流调速控制系统动态结构图图1-2 系统I 的开环系统动态结构图根据系统I 的开环系统动态结构图及其参数值，在matlab 的Simulink 环境可以轻松的建立系统的仿真结构，如图1-3所示。
电动机的转速输出动态曲线，如图1-4所示。
I L (S) — n(s) U *n (s) 一 1/R a T d S+1 R a C e T m SC e K s T s S+1 U d (s) I d (s) I L (S) — n(s) U *n (s) 一1/0.08 0.025s+1 0.08 0.185×0.8s 0.185 23 0.0017s+1 U d (s) I d (s)图1-3 系统I仿真模型图1-4 电动机转速输出曲线通过改变给定信号的大小，来实现对电机输出转速的控制与调节的目的。
《MATLAB工程应用》---晶闸管开环直流调速系统仿真实验
《MATLAB工程应用》
晶闸管开环直流调速系统仿真
一、选题背景
本课程是在《电机学》《单片机》等课程上，独立设计的一门综合实验课程。
课程主要目的是培养学生分析问题，解决问题能力，提高学生自主学习，分工协作以及课程设计报告撰写水平。
二、方案论证(设计理念)
设计一个晶闸管直流调速系统仿真模型，通过改变触发器移相控制信号来调节晶闸管的触发角，而从获得可调的直流电压，以该直流输出为直流电机供电。
要求完成仿真模型图和仿真波形图，其中波形图包括直流电机的转速波形，电枢电流波形，转矩波形，改变触发角后的转速波形。
三、过程论述
直流电动机电枢由晶闸管整流电路经平波电抗器供电，通过改变触发器移相控制信号调节晶闸管的控制角,从而获得可调的直流电压，以实现直流电动机的调速。
移相控制信号，在实际调速时，给定信号是在一定范围内变化的，可通过仿真实践，确定给定信号允许的变化范围。
图1：构建的simulink仿真结构图
图2：参数设置
图3：波形
五、课程设计总结
仿真可得到闸管直流调速系统的输出波形。
电机转速波形，电枢电流波形，二者变化基本一致。
若将触发角改为30°，则转速波形发生明显改变，转速提高，这是因为直流电压增大的原因。
经过这段时间队MATLAB的学习，学会了对知识的汇总与运用，能够熟练使用相关软件，收获较大。
运动控制系统仿真实验报告——转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真
运动控制系统仿真实验报告——转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真双闭环直流调速系统仿真对例题3.8设计的双闭环系统进行设计和仿真分析,仿真时间10s 。
具体要求如下： 在一个由三相零式晶闸管供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：60=N P kW , 220=N U V , 308=N I A , 1000=N n r/min , 电动势系数e C =0.196 V·min/r , 主回路总电阻R =0.18Ω,变换器的放大倍数s K =35。
电磁时间常数l T =0.012s,机电时间常数m T =0.12s,电流反馈滤波时间常数i T 0=0.0025s,转速反馈滤波时间常数n T 0=0.015s 。
额定转速时的给定电压(U n *)N =10V,调节器ASR ，ACR 饱和输出电压U im *=8V,U cm =7.2V 。
系统的静、动态指标为:稳态无静差,调速范围D=10,电流超调量i σ≤5% ,空载起动到额定转速时的转速超调量n σ≤10%。
试求：（1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在1.3N I 以内)和转速反馈系数α。
（2）试设计电流调节器ACR.和转速调节器ASR 。
（3）在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。
给出空载起动到额定转速过程中转速调节器积分部分不限幅与限幅时的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），指出空载起动时转速波形的区别，并分析原因。
（4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn 。
并与仿真结果进行对比分析。
（5）估算空载起动到额定转速的时间，并与仿真结果进行对比分析。
（6）在5s 突加40%额定负载，给出转速调节器限幅后的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），并对波形变化加以分析。
（一）实验参数某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： • 直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ，C e=0.132Vmin/r ，允许过载倍数λ=1.5； • 晶闸管装置放大系数：K s=40； • 电枢回路总电阻：R =0.5Ω ； • 时间常数：T i=0.03s ， T m=0.18s ；• 电流反馈系数：β=0.05V/A （≈10V/1.5I N ）。
开环直流调速系统
实验一开环直流调速系统一、实验目的1．了解晶闸管直流调速系统实验装置的组成。
2．熟悉直流调速系统的组成及基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及开环系统调速特性的测定。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理图1-1是最简单的晶闸管—直流电动机开环调速系统。
其中，U C是系统的给定输入信号，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使外界交流电源整流出直流电压U do供给直流电动机，使电动机以一定的速度旋转。
改变控制电压U C就可触发器的脉冲控制角及整流电压U do，相应改变电动机的转速，从而达到调速的目的。
这时电动机的机械特性为：n n C R I U C KC R I U K C R I U n o e d c e tr e d c tr e d do ∆-=-=-=-=∑∑∑φφφφ （6-1）其中 φe d C R I n ∑=∆ ——系统的开环稳态速降。
开环系统当给定输入信号一定时，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使交流电源整流出直流电压U do 也是恒定的，电动机就以恒定的速度旋转。
但当外界有扰动（例如负载波动）时，转速就有较大的波动，而开环系统不能自动进行补偿四、实验内容(1)学习DJK01“电源控制屏”的使用方法。
(2)DJK04上的基本单元的调试。
(3)U c 不变时直流电动机开环特性的测定。
(4)U d 不变时直流电动机开环特性的测定。
五、预习要求(1)复习自动控制系统(直流调速系统)教材中有关晶闸管开环直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。
(2)根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调速系统中的作用。
图1-1 开环直流调速系统六、实验方法(1)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。
②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
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晶闸管开环直流调速系统的仿真
一、工作原理
晶闸管开环直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。
在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路课直接由给定电压Ug座位触发器的移相控制电压Uct，改变Ug的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。
实验系统的组成原理如图1所示。
图1 晶闸管开环直流调速实验控制原理图
二．设计步骤
1主电路的建模和参数设置
开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机灯部分组成。
由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以讲触发器轨道主电路进行建模。
①三相对称交流电压源的建模与参数设置。
首先从电源模块中选
取一个交流电压源模块，即，再用复制的方法得到三相电源的另外两个电压源模块，并用模块标题名修改方法将模块标签分别改为“A相”、“B相”，“C
相”，然后从连接器模块中选取，按图1主电路图进行连接。
为了得到三相对称交流电压源，其参数设置方法及参数设置如下。
双击A相交流电压源图标，打开电压源参数设置对话框，在A相交流电源参数设置中，幅值取220V，初相位设置成0°，频率为50Hz，其它为默认值，如图2所示，B、C相交流电源设置方法与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外，其它参数与A相相同。
由此可以得到三相对称交流电源。
②晶闸管整流桥的建模和参数设置。
首先从电力电子模块组中选取
中的，并将模块标签改成“晶闸管整流桥”，然后双击模块图标，打开整流桥参数设置对话框，参数设置如图3所示。
当采用三相整流桥时，桥臂数为3，A、B、C三相交流电源接到整流桥的输入端，电力电子选择晶闸管。
参数设置原则如下，如果是针对某个具体的交流装置进行参数设置，对话框中的Rs、Cs、R ON、Vf应取该装置中晶闸管元件的实际值，若果是一般情况，不针对某个具体的变流装置，这些参数可先取默认值进行仿真。
若仿真结果理想，就认可这些设置的参数，若仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化，最后确定其参数。
这一参数设置原则对其他环节的参数设置也是实用的。
图2 A相电源参数设置图3 整流桥参数设置
③平波电抗器的建模和参数设置。
首先从元件模块组中选取
，并将标签改为“平波电抗器”，然后打开平波电抗器参数设置对话框，参数设置如图4所示，平波电抗器的电感值是通过仿真实验比较后得到的优化参数。
④直流电动机的建模和参数设置。
首先从电动系统模块中选取
，并将模块标签改为“直流电动机”。
直流电动机的励磁绕组“F+ —F-”接直流恒定励磁电源，励磁电源可从电源模块组中选取直流电压源
模块，即，并将电压参数设置为220V，电枢绕组“A+ —A-”经平波电抗器接晶闸管整流桥的输出，电动机经TL端口接恒转矩负载，直流电动机的输出参数有转速n、电枢电流Ia、励磁电流If、电磁转矩Te，通过“示波器”模块观察仿真输出
图形。
电动机的参数设置步骤如下，双击直流电动机图标，打开直流电动机的参数设置对话框，直流电动机的参数设置如图5所示。
参数设置的原则与晶闸管整流桥相同。
图4 平波电抗器参数设置图5直流电动机参数设置
⑤同步脉冲触发器的建模和参数设置。
同步脉冲触发器用于触发三相全控整流桥的6个晶闸管，同步6脉冲触发器可以给出双脉冲,双脉冲间隔为60°,触发器输出的1～6号脉冲依次送给三相全控整流桥对应编号的6个晶闸管.同步脉冲触发器包括同步电源和六脉冲触发器两个部分alpha_deg：此端子为脉冲触发角控制信号输入；a, b, c：三相电源的三相线电压输入即Va, Vb, and Vc：触发器控制端，输入为“0”时开放触发器，输入大于零时封锁触发器；
Pulses：6脉冲输出信号。
alpha_deg为30度时双6脉冲同步触发器的输入输出信号
6脉冲同步触发器参数设置步骤如下，双击6脉冲同步触发器的图标，打开6脉冲同步触发器的参数对话框，6脉冲同步触发器的参数设置如图6所示。
参数设置的原则与晶闸管整流桥相同。
图6 6脉冲同步触发器参数设置图7 constant参数设置
2控制电路的建模与参数设置
晶闸管直流调速系统的控制电路只有一个给定环节，它可从常用模块组
中选取，并将模块标签改为“给定信号”，然后双击该模块图标，打开参数设置对话框，参数设置如图7所示。
实际调速时，给定信号是在一定范内变化的，可通过仿真时间，确定给定信号允许的变化范围。
3系统的仿真参数设置
在MATLAB的模型窗口打开“Simulation”菜单，单击“Configuration parameters…”菜单后，得到仿真参数对话框，参数设置如图8所示，仿真中所选择的算法为ode23s。
由于实际系统的多样性，不同的系统需要采用不同的仿真算法，到底采用哪一种算法，可通过仿真时间进行比较，仿真“Start time”一般设为0，“Stop time”根据实际需要而定。
图8 仿真参数设置对话框及参数设置
三．直流电动机参数计算（直流电机才有参数计算）
直流电动机固有参数是以某电动机铭牌标示的电动机数据计算而获得，这些数据是建立电动机模型的基础。
已知某直流电动机调速系统（简称系统I），控制系统主回路与直流电动机的主要参数如下。
●电动机：P nom=150kW；n nom=1000r/min；I nom=700A；R a=0.05Ω。
●主回路：R d=0.08Ω；L d=2mH；全控桥式整流m=6。
●负载及电动机转动惯量：GD2=125kg*m2。
计算得到此直流电动机的相关参数如下。
●电势常数：C e= = =0.185V/(r*min-1)。
●转矩常数：C m= = =0.18kg*mA。
●电磁时间常数：T d= = =0.025s。
U nom—
n no
220—
100
C e
1.0
0.18
1.0
L d
R
2*10-
0.0
晶闸管开环直流调速系统的仿真原理图及子系统图分别如图9和图10所示。
图9 晶闸管开环直流调速系统的仿真图
Uct In2Out1
Ua Ub Uc
同步6脉冲触发器平流电抗器励磁电源
g A
B
C +-晶闸管整流桥
50
给定信号1
触发器开关w
Vc
Vb
Va Te
Scope3
Ia TL m
A+F+A-F-dc DC Machine 50Constant
1
Out13Uc 2
Ub
1Ua
v +
-Voltage Measurement2v +-Voltage Measurement1
v +-Voltage Measurement alpha_deg AB
BC CA Block
pulses Synchronized 6-Pulse Generator
2
1
Uct。