电力拖动与自动控制系统仿真【武大电气】

电力拖动与自动控制系统
仿真实验报告
实验一 转速反馈控制直流调速系统仿真
一、实验参数
直流电动机：额定电压220N U V =，额定电流55dN I A =，额定转速1000/min N n r =，
电动机电动势系数0.192min/e C V r =。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数44s K =，滞后时间常数
0.00167s T s =。

电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数0.00167l T s =，电力拖动系统机电时间常数0.075m T s =。

转速反馈系数0.01min/V r α= 。

对应额定转速时的给定电压10n U V *
=。

二、实验框图
图1 比例积分控制的直流调速系统仿真框图
三、仿真实验运行
1、采用比例积分控制的直流调速系统时，仿真模型如下：
图2 比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型
（1）若只采用比例调节器（取消积分环节），仿真结果如下：
①kp=0.25时，直流电动机电流和转速随时间变化的波形如下：
图3 kp=0.25时电动机转速波形图4 kp=0.25时，电枢电流波形
②kp=0.56时，电动机转速和电流波形如下：
图5 kp=0.56时，电动机转速波形 图6 kp=0.56时，电枢电流波形
③kp=0.8时，电动机转速和电流的波形如下：
图7 kp=0.8时，电动机转速波形 图8 kp=0.8时，电枢电流波形
（2）采用比例积分控制的直流调速系统，电枢电流和电动机转速波形如下： ①kp=0.25、1/τ=3时，电动机转速和电枢电流如下：
图9 电动机转速波形 图10 电枢电流波形
②kp=0.56、1/τ=11.43时，电动机转速和电枢电流如下：
图11 电动机转速波形图12 电枢电流波形
③kp=0.8、1/τ=15时，电动机转速和电枢电流如下：
图13 电动机转速波形图14 电枢电流波形2、具有电流截止负反馈直流电动机调速系统模型如下：
图15 带电流截止负反馈直流电动机调速系统的仿真模型
根据电流截止负反馈对电流的要求：截至电流/dcr com s I U R =，且(1
.~1.2)d c r N
I I ≥；
堵转电流n com dbl s
U U I R *
+≈，且(1.5~2.0)dbl N I I =。

①取 1.15dcr N
I I =、
1.75dbl N
I I =，经计算得到：
0.303s R =Ω
、
19.16com U V
=。

此时，得到的电动机转速和电枢电流波形如下：
图16 电动机转速波形 图17 电枢电流波形
②取 1.1dcr N
I I =、
1.5dbl N
I I =，经计算得到：
0.455s R =Ω
、
27.5com U V
=。

此时得到的电动机转速和电枢电流波形如下：
图18 电动机转速波形 图19 电枢电流波形
③取
1.2dcr N
I I =、
2.0dbl N
I I =，经计算得到：
0.227s R =Ω
、
15com U V
=。

此时得到的电动机转速和电枢电流波形如下：
图20 电动机转速波形 图21 电枢电流波形
四、结论
1、只有比例调节器（不含积分环节）的直流电动机调速控制系统时，是一种有静差的调速系统。

随着比例调节器的Kp 的增加，电动机转速会升高，但是比额定转速小，响应速度加快，同时超调量也升高；电枢电流出现的最大值会逐渐增大，而且增长很快，超出电流额定值很多。

2、比例积分的直流调速控制系统中，是一种无静差的调速系统。

随着调节器的Kp 和1/τ的增加，电动机转速响应速度加快，超调量增加，但是最终转速（稳态时）为额定转速；电枢电流出现的最大值会逐渐增大，而且超出额定电流值很多。

3、对比比例调节和比例积分调节，可以得到，相同Kp 情况下，采用比例积分调节时的电枢电流最大值要比采用比例调节时还要大的多，而且这两种调节的电枢电流最大值都要比。