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
V·min/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
Ω，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Unx=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Unx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/rxmin
0
102.95
481.2
999
1000.1
1000.1
1000.1
在0~1s里，电流快速减小，1s后，电流趋于平稳；而在0~1s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/rxmin
0
102.95
481.2
998.92
1000.1
951.63
948.04Id2/A
0
174.45
102.06
0.37
0.02
18.73
20.12
n2/rxmin
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/rxmin
0
102.95
481.2
998.92
1000.1
756.76
739.96
由上表可知，在0~1s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/rxmin
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/rxmin
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/rxmin
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0~1s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Unx分别为10V、15V、20V时，转速降落分别为
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，因此可证明转速降落于给定电压Unx无关。
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