昆明学院实验报告册专业：电气工程及其自动化班级： 2014级电气 1班姓名：**学号： ************课程：交直流调速控制系统昆明学院自动控制与机械工程学院实验项目名称： 开环直流调速系统的仿真实验 实验时间： 2017.6 同组人： 实验报告评分：一、预习报告（实验课前了解实验目的，预习实验原理、实验步骤）：1、实验目的（简述）：1． 掌握开环直流调速系统的原理；2． 掌握利用simulink 编程进行仿真的方法。

2、实验原理（简述）：直流电动机的转速方程为：a ae U RI n C -=Φ(1)从转速方程可以看出，调节电枢供电电压U a 即可实现调速，这种调速方法的优点是既能连续平滑调速，又有较大的调速范围，且机械特性也很硬。

开环直流调速系统的电气原理图如图1所示。

三相晶闸管桥式整流电路经平波电抗器L 为直流电动机电枢供电，通过改变触发器移相控制信号U c ，可以调节晶闸管的触发角α，从而改变整流电路的输出电压平均值U d ，实现直流电动机的调速。

1-5 V-M 系统的结构示意图AC~图1 开环直流调速系统电气原理图3、实验步骤：1．掌握直流电动机调压调速的原理。

2．分析三相桥式整流电路中触发角α与输出直流电压平均值之间的关系。

3．根据开环直流调速系统电气原理图，编制Simulink 实验程序，上机调试，记录结果。

4．分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的思考题。

二、实验数据（记录相应的表格或图表）：1、实验仿真结果：图1-1 开环直流调速系统simulink仿真图2、实验图表：开环直流调速系统数据直流电动机额定参数：U N=220V，I N=136A，n N=1460r/min，四极，R a=0.21Ω，GD2=22.5N·m2。

励磁电压U f=220V，励磁电流I f=1.5A。

三相桥式整流器内阻为R rec=0.5Ω。

平波电抗器L d=20mH。

参数:①供电电源电压②电动机参数励磁电阻：励磁电感在恒定磁场控制是可取“0”。

电枢电阻：电枢电感由下式估算：电枢绕组和励磁绕组互感：因为所以电动机转动惯量③额定负载转矩图1-2直流电动机开环调速系统模型参数图1-3直流电动机转速与转矩之间的关系曲线电动机转速图1-4电动机转矩图1-5电枢电流 图1-67整流输出电压图1-7三、实验思考（完成相应的实验思考题，提出实验的改进方法）：1、总结三相桥式整流电路中触发角α与输出直流电压平均值U d 之间的关系。

2cos 145.0)cos 1(22)(sin 221222αατττα+=+==⎰U U U Uwt wtd d2、总结开环直流调速系统转速n 与转矩T e 之间的关系。

系统机械特性方程式为：)(1I U Kd s eR n -=γ或用转矩表示：TKK n T KK KU eTee TeesRRn -=-=0γ式中-KT电动机在额定磁通下的转矩系数，Φ=N T T C K ;-n 0理想空载转速，与电压系数γ成正比，CU nesγ=。

3、假设开环直流调速系统允许的最低转速为500r/min ，根据所给电动机参数计算开环直流调速系统的静差率δ和调速范围D 。

解：电动机的电动势系数：nR I UKNaN Ne-=146021.0*136220-=v.min/r =0.1311 v.min/r则 1311.021.0*136==∆KR I neNNr/min85.217= r/min静差率 85.21750085.217min+=∆+∆=n nn NNδ =30%调速范围：)3.01(*85.2173.0*1460)1(-=-∆=δδn n NN D =2.87实验项目名称： 转速闭环控制的直流调速系统仿真实验 实验时间： 2017.6 同组人： 实验报告评分：一、预习报告（实验课前了解实验目的，预习实验原理、实验步骤）：1、实验目的（简述）：1． 掌握转速闭环控制的直流调速系统原理； 2． 掌握利用simulink 编程进行仿真的方法。

2、实验原理（简述）：1． 直流电动机的调压调速原理从直流电动机的转速方程可以看出，调节电枢供电电压U a 即可实现调速。

2． 晶闸管装置整流原理三相晶闸管桥式整流电路经平波电抗器L 为直流电动机电枢供电，通过改变触发器移相控制信号U c ，可以调节晶闸管的触发角α，从而改变整流电路的输出电压平均值U d ，实现直流电动机的调速。

3． 负反馈控制原理带转速负反馈的直流调速系统稳态结构图如图1所示。

系统由转速比较环节、偏差电压方大环节、电力电子变换器和测速反馈环节构成。

系统在电动机负载增加时，转速下降，转速反馈U n 减小，而转速的偏差△U n 将增加，同时放大器输出控制电压U c 增加，U c 的增加将使得晶闸管的触发角α减小，从而增大整流装置的输出电压平均值，为电动机提供更大的电枢电压U a ，从而增大电动机的电枢电流I a 。

电动机的电磁转矩为e T a T C I φ=，运动方程为：2d 375d e L d GD nT T J dt tω-== （1）根据电磁转矩公式和运动方程可知，I a 的增加将使得电磁转矩增大，从而使得转速升高，补偿了负载增加造成的转速降。

3-6 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图图1 转速反馈闭环控制直流调速系统稳态结构图3、实验步骤：1． 建立转速闭环控制直流调速系统的数学模型；2． 编程进行转速闭环控制直流调速系统的仿真。

3．根据转速闭环控制直流调速系统稳态结构图，编制Simulink 实验程序，上机调试，记录结果。

4．分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的思考题。

二、实验数据（记录相应的表格或图表）：1、实验仿真结果：图2-1转速闭环控制的直流调速Simulink系统仿真2、实验图表：转速闭环控制直流调速系统数据直流电动机额定参数：U N=220V，I N=136A，n N=1460r/min，四极，R a=0.21Ω，GD2=22.5N·m2。

励磁电压U f=220V，励磁电流I f=1.5A。

三相桥式整流器内阻为R rec=0.5Ω。

平波电抗器L d=10mH。

三相电源：相电压130V，频率50Hz，转速反馈系数K n=0.0067，比例放大系数K p=20（可按需要调节），饱和限幅为±10。

图2-2转速闭环控制的直流调速系统模型参数图2-3直流电动机转速与转矩之间的关系曲线图2-4电磁转矩相应曲线012345678910-100100200300400500600700图2-5电流转矩曲线直流电动机转速图2-6PI调节的转速响应曲线PI调节电流响应曲线00PI 电磁转矩曲线PI 调节的转速—转矩曲线由P 调节和PI 的转速曲线得：P 调节快速虽然很好，但是其超调量较大，并且存在误差。

引入I 调节能很好的改善系统的误差。

PI 调节能满足系统的稳态性能指标。

三、实验思考（完成相应的实验思考题，提出实验的改进方法）：1、根据所给数据，计算在同样的负载扰动下，转速闭环控制直流调速系统的转速降和开环直流调速系统转速降之间的关系。

解：系统开环系统机械特性为：n n KI KU K K KI U op op ede ns ped d R Rn ∆-=-=-=0*而闭环时的静特性可写成 n nK I K U K K cl cledenspK R K n -=+-+=0*)1()1(比较以上两式可得:Kn nop cl+∆=∆1可见，ncl∆比nop∆减小了1+K 倍，当K 值较大时，闭环系统的特性要硬得多。

2、在理想空载转速相同的情况下，计算转速闭环控制直流调速系统与开环直流调速系统静差率之间的关系。

解:由式 %100*%100*%0nn n n n NN-=∆=δ ，闭环系统和开环系统的静差率分别为n n clclcl 0∆=δnnopopop0∆=δ按理想空载转速相同的情况比较，则n ncl op00=时Kn n opclopcl +=∆∆=11δδKopcl +=1δδ即闭环系统的静差率比开环系统小1+K 倍。

3、如果电动机的最高转速都是n N ，而对最低速静差率的要求相同，计算转速闭环控制直流调速系统与开环直流调速系统调速范围之间的关系。

解：由式)1(δδ-∆=n n NN D可知： 开环时 闭环时)1(δδ-∆=n n D op Nop)1(δδ-∆=n n D clN cl 再考虑式Kn n op cl +∆=∆1 ，得D Dop clK )1(+=可见，在额定转速nN相同条件下，闭环系统的调速范围要比开环系统扩大1+K 倍1． 根据仿真结果，分析转速调节器和电流调节器的作用。

答：（1）转速调节器ASR的作用1）ASR是调速系统的主导调节器，它使转速n很快的跟随给定电压Un变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

2）对负载变化起抗扰作用。

其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。

（2）电流调节器ACR的作用1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压Ui（即外环调节器的输出量）变化。

2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。

4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。

一旦故障消失，系统立即恢复正常。

这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

2．分析在抗负载扰动和电网电压波动扰动方面和转速闭环系统的区别。

答：(1)双闭环系统的负载扰动作用在电流环之外，因此只能靠ASR来产生抗负载扰动的作用。

因而在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。

也说明双闭环系统与单闭环系统抗负载扰动的机理相同，都靠ASR的调节来克服。

（2）从动态性能上看，由于扰动作用点不同，存在着能否及时调节的差别。

负载扰动能够比较快的反映到被调量n上，从而得到调节，而电网电压扰动的作用点离被调量稍远，调节作用受到延滞，因此单闭环系统抵抗电压扰动的性能要差一些。

（3）在双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等到它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。

实验项目名称：转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真实验实验时间：2017.6.同组人：实验报告评分：一、预习报告（实验课前了解实验目的，预习实验原理、实验步骤）：1、实验目的（简述）：1．掌握转速电流双闭环控制的直流调速系统原理；2．掌握利用simulink编程进行仿真的方法。

2、实验原理（简述）：图1 双闭环直流调速系统的动态结构图转速电流双闭环控制的直流调速系统动态结构图如图1所示。

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行嵌套连接。