《MATLAB在電氣工程中的應(yīng)用課程設(shè)計部分學(xué)生版.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《MATLAB在電氣工程中的應(yīng)用課程設(shè)計部分學(xué)生版.doc（23頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、MATLAB在電氣工程及其自動化中的應(yīng)用課程設(shè)計 1.1 電氣工程及其自動化專業(yè)概論 電氣工程及其自動化涉及電力電子技術(shù)，計算機技術(shù)，電機電器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，機電一體化技術(shù)等諸多領(lǐng)域，是一門綜合性較強的學(xué)科，其主要特點是強弱電結(jié)合，機電結(jié)合，軟硬件結(jié)合，電工技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合，元件與系統(tǒng)相結(jié)合，使學(xué)生獲得電工電子、系統(tǒng)控制、電氣控制、電力系統(tǒng)自動化、電氣自動化裝置及計算機應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域的基本技能。 1.2 MATLAB簡介 MATLAB是Matrix&Laboratory兩個詞的組合，譯為矩陣實驗室。MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面向科學(xué)計算、可視化以及交互

2、式程序設(shè)計的計算環(huán)境，主要包括MATLAB、MATLAB工具箱和Simulink三大部分。 MATLAB軟件是主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案。 MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言

3、簡捷得多，且MATLAB吸收了Maple等軟件的優(yōu)點，使它成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。同時，在新版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持。MATLAB軟件主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。 1.3 SimPowerSystems模塊庫簡介 Simulink是MATLAB軟件中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以采用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采

4、樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulink的電力系統(tǒng)模塊庫（SimPowerSystems）是專用于RLC電路，電力電子電路，電機傳動控制和電力系統(tǒng)仿真的模塊庫，它包含了各種交/直流電源，大量電氣元器件和電工測量儀表以及分析工具等。利用這些模塊可以模擬電力系統(tǒng)運行和故障的各種狀態(tài)，并進行仿真和分析。 SimPowerSystem

5、s工具箱包含電源模塊庫（Electrical Sources）、元件模塊庫（Elements）、電力電子模塊庫（Power Electronics）、電機模塊庫（Machines）、測量模塊庫（Measurements）、應(yīng)用庫（Application Libraries）、接口元件庫（Interface Library）、控制和測量元件庫（Control and Measurements Libraries）以及電源柜（Powergui）九大部分組成，如圖1-1所示。每一部分又包括許多相應(yīng)的電力設(shè)備模塊。 圖1-1 SimPowerSystems工具箱組成 電源模塊庫包括直流電壓源（

6、DC Voltage Source）、交流電壓源（AC Voltage Source）、交流電流源（AC Current Source）、可控電壓源（Controlled Voltage Source）、可控電流源（Controlled Current Source）、三相電源（Three-Phase Source）三相可編程電源（Three-Phase Programmable Source）和電池（Battery），如圖1-2所示。這一部分可以用來仿真交直流電源。 圖1-2 電源模塊庫組成 元件模塊庫包括基本元器件、傳輸線、斷路器和變壓器等基本模塊，如圖1-3所示。其中基本元器件包

7、括串聯(lián)RLC分支模塊（Series RLC Branch）、串聯(lián)RLC負載模塊（Series RLC Road）、并聯(lián)RLC分支模塊（Parallel RLC Branch）、并聯(lián)RLC負載模塊（Parallel RLC Road）、三相串聯(lián)RLC分支模塊（Three Phase Series RLC Branch）、三相串聯(lián)RLC負載模塊（Three Phase Series RLC Road）、三相并聯(lián)RLC分支模塊（Three Phase Parallel RLC Branch）、三相并聯(lián)RLC負載模塊（Three Phase Parallel RLC Road）、三相諧波濾波器（Thr

8、ee Phase Harmonic Filter）、互感器（Mutual Inductance）、三相互感器（Three-Phase Dynamic Load）、過壓抑制器（Surge Arrester）、三相動態(tài)負載（Three Phase Harmonic Filter）、地（ground）、節(jié)點（node）以及連接端口（Connection Port）。傳輸線包括Pi傳輸線（Pi Section Line）、分布參數(shù)傳輸線（Distributed Parameters Line）以及三相Pi傳輸線（Three-Phase Pi Section Line）。斷路器包括斷路器（Breaker

9、）、三相斷路器（Three-Phase Breaker）以及三相故障定位器（Three-Phase Fault）。變壓器包括線性變壓器（Linear Transformer）、飽和變壓器（Saturable Transformer）、多繞組變壓器（Multi-Winding Transformer）、三相變壓器（雙繞組）（Three-Phase Transformer(Two Windings)）、三相變壓器（三繞組）（Three-Phase Transformer(Three Windings)）、異相變壓器（Phase-Shifting Transformer）、三相變壓器（12個接頭）（

10、Three-Phase Transformer(12 Terminals)）、接地變壓器（Grounding Transformer）、三相變壓器電感矩陣型（雙繞組）（Three-Phase Transformer Inductance Matrix Type(Two Windings)）以及三相變壓器電感矩陣型（三繞組）（Three-Phase Transformer Inductance Matrix Type(Three Windings)）。這部分可以仿真交流輸電線裝置。 圖1-3 元件模塊庫組成 電力電子模塊庫包括電力電子器件和脈沖信號發(fā)生器（Pulse & Signal G

11、enerators）兩部分，如圖1-4所示。電力電子器件包括二極管（Diode）、晶閘管（Thyristor）、細化晶閘管（Detailed Thyristor）、GTO、IGBT、IGBT /二極管、MOS管（MOSFET）、理想開關(guān)（Ideal Switch）、通用橋（Universal Bridge）以及三電平橋（Three-Level Bridge）。 圖1-4電力電子模塊庫組成 電機模塊庫包括同步電機、異步電機、直流電機（DC Machine）、電動機以及原動機與調(diào)速器，如圖1-5所示。同步電機模型包括簡化的同步電機歸一化單元（Simplified Synchronous M

12、achine pu Units）、同步電機歸一化基本模型（Synchronous Machine pu Fundamental）、同步電機歸一化標(biāo)準(zhǔn)模型（Synchronous Machine pu Standard）、簡化的同步電機國際單位單元（Simplified Synchronous Machine SI Units）、同步電機國際單位基本模型（Synchronous Machine SI Fundamental）以及永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Machine）。異步電機模型包括異步電機歸一化單元（Asynchronous Machine p

13、u Units）、異步電機國際單位單元（Asynchronous Machine SI Units）、單相異步電機（Single Phase Asynchronous Machine）。電動機模型包括開關(guān)磁阻電機（Switched Reluctance Motor）和步進電機（Stepper Motor）。原動機與調(diào)速器模型包括通用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（Generic Power System Stabilizer）、多帶電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（Multi-Band Power System Stabilizer）、勵磁系統(tǒng)（Excitation System）、附加的勵磁系統(tǒng)（Additional Exc

14、itation System）、水輪機和調(diào)速器（Hydraulic Turbine and Governor）以及蒸汽機和調(diào)速器（Steam Turbine and Governor）。 圖1-5電機模塊庫組成 測量模塊庫主要包括電流測量（Current Measurement）、電壓測量（Voltage Measurement）、三相電壓電流測量模塊（Three-Phase V-I Measurement）、阻抗測量（Impedance Measurement）、萬用表（Multimeter）、負載流量總線（Load Flow Bus）以及附加的測量模塊，如圖1-6所示。 圖1

15、-6測量模塊庫組成 附加的測量模塊庫如圖1-7所示。它包括單相測量（平均值（Mean）、有效值（RMS）、總諧波畸變（THD）、傅立葉變換器（Fourier）、功率（Power）以及鎖相環(huán)驅(qū)動的基值（Fundamental（PLL-Driven）））、三相測量（序列分析儀（Sequence Analyzer）、鎖相環(huán)驅(qū)動的正向序列（Positive- Sequence（PLL-Driven））以及功率以及向量測量（平均向量（Mean（Phasor））、序列分析儀向量、功率向量（Power（3ph.Phasor））測量））。 圖1-7附加的測量模塊庫組成 應(yīng)用模塊庫主要包括電氣驅(qū)動模塊

16、庫、柔性輸電模塊庫以及可再生能源模塊庫，如圖1-8所示。其中，可再生能源模塊庫包括風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)。 圖1-8應(yīng)用模塊庫組成 電氣驅(qū)動模塊庫包括直流驅(qū)動（DC Dives）、交流驅(qū)動（AC Drives）、移相與減速器（Shafts and Speed reducers）以及特別電源（Extra Sources），如圖1-9所示。 圖1-9電氣驅(qū)動模塊庫組成 柔性輸電模塊庫包括基于電力電子的柔性輸電（Power-Electronics Based FACTS）、變壓器以及高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC Systems）三個模塊，如圖1-10所示。 圖1-10 柔性輸電模塊庫 接

17、口元件模塊庫包括電流電壓Simscape接口（Current-Voltage Simscape Interface）和電壓電流Simscape接口（Voltage-Current Simscape Interface），如圖圖1-11所示。 圖1-11接口模塊庫組成 控制和測量模塊庫包括測量模塊（Measurements）、濾波器（Filters）、鎖相環(huán)（PLL）、脈沖信號發(fā)生器（Pulse & Signal Generators）、邏輯（Logic）、變換（Transformations）以及附加元件（Additional Components）模塊庫，如圖1-12所示。其中測量模

18、塊庫如圖1-7所示。 圖1-12控制和測量元件庫組成 濾波器模塊庫包括一階濾波器、二階濾波器、二階濾波器（變參數(shù)）（Second-Order Filter（Variable-Tuned））以及超前滯后濾波器（Lead-Lag Filter），如圖1-13所示。 圖1-13 濾波器模塊庫組成 脈沖信號發(fā)生器模塊庫包括晶閘管變換器脈沖發(fā)生器、脈沖寬度調(diào)制器以及信號發(fā)生器，如圖1-14所示。 圖1-14 脈沖信號發(fā)生器模塊組成 邏輯模塊庫包括邊沿檢測（Edge Detector）、導(dǎo)通/關(guān)斷延時（On/Off Delay）、單穩(wěn)態(tài)（Monostable）以及雙穩(wěn)態(tài)（Bista

19、ble），如圖1-15所示。 圖1-15 邏輯模塊庫組成 變換模塊庫包括Clark變換和Park變換，如圖1-16所示。 圖1-16 變換模塊庫組成 附加元件模塊庫包括離散可變時間延時（Discrete Variable Time Delay）、離散移位寄存器（Discrete Shift Register）以及采樣和保持（Sample and Hold），如圖1-17所示。 圖1-17 附加元件模塊庫組成 1.4 Simulink在電力電子裝置中的應(yīng)用 電力電子技術(shù)是建立在電子學(xué)、電工原理以及自動控制理論三大學(xué)科上的新興學(xué)科，是使用電力電子器件（如晶閘管，G

20、TO，IGBT等）對電能進行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。其主要任務(wù)是為各種各樣的負載提供形式多樣的電源。電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍不僅是一般的工業(yè)，而且廣泛應(yīng)用在交通運輸、通信系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)、照明和空調(diào)等家用電器及航空航天領(lǐng)域。 本節(jié)將以實例介紹MATLAB在電力電子裝置中的應(yīng)用，力求讓讀者學(xué)習(xí)并逐步了解MATLAB/Simulink的電力系統(tǒng)仿真模塊庫及電力電子裝置的建模與仿真方法。 1.4.1 Buck電路的Simulink仿真 直流斬波電路將不可控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏敵?，廣泛應(yīng)用于可調(diào)直流開關(guān)電源及

21、直流電機驅(qū)動中。Buck電路是DC/DC 變換器中最具代表性的拓撲結(jié)構(gòu)之一，其工作原理如圖1-18所示。 在工程實際中， Buck電路的控制方式有開環(huán)和閉環(huán)兩種。閉環(huán)控制方式根據(jù)采用的控制方式不同，又可分為PID控制，F(xiàn)uzzy控制以及滑模控制等。 圖1-18 Buck電路工作原理 基于Simulink搭建的Buck電路的仿真模型如圖1-19所示。 圖1-19 Buck電路的Simulink仿真模型 Buck電路仿真模型由以下模塊組成： （1）直流電源模塊； （2）萬用表模塊； （3）串聯(lián)RLC分支模塊； （4）Mosfet管； （5）二極管模塊； （6）總線選擇

22、器模塊； （7）示波器模塊； （8）平均值模塊； （9）Display模塊； （10）脈沖發(fā)生器模塊； （11）To Workspace模塊 分析仿真模型圖1-19可知： （1）萬用表用來測量Mosfet管上的電壓、電流以及負載電阻R上的電壓。 （2）可以根據(jù)需要設(shè)定負載大小和類型。 （3）可以根據(jù)需要設(shè)定Pulse Generator的周期和占空比。 下面給出主要模塊的參數(shù)設(shè)置： （1）在Electrical Sources模塊庫中拖拽直流電源模塊，幅值為20V。 （2）在Elements模塊庫中，拖拽三個Ser

23、ies RLC Branch模塊，分別選擇L、C和R。設(shè)置L=4.5*10-4H，C=4.17*10-4F，R=10Ohm。 （3）在Power Electronics模塊庫中，拖拽Mosfet模塊和Diode模塊，使用它們的默認值。勾選Mosfet模塊和Diode模塊的“Show measurement port”選項。 （4）在Simulink模塊庫中的Sources模塊庫中，拖拽Pulse Generator模塊，參數(shù)設(shè)置如圖1-20所示。 圖1-20 Pulse Generator模塊參數(shù)設(shè)置 （5）在Simulink模塊庫中的Commonly Us

24、ed Blocks模塊庫中拖拽Scope模塊。將“Number of axes”設(shè)為6，勾選“Save data to workspace”參數(shù)設(shè)置如圖1-21所示。 圖1-21 Scope模塊參數(shù)設(shè)置 （6）平均值（Mean）計算：在Extra Library模塊庫中的Measurement模塊庫中拖拽Mean Value模塊，將“Averaging period”其頻率設(shè)為0.01s。將Mean Value模塊的輸出端連接到Simulink模塊庫的Sink模塊庫的Display模塊，可以在線觀測平均值。 （7）在Measurements模塊庫中拖拽Multime

25、ter模塊，勾選電阻模塊Measurements選項的“Branch voltage”一項。 （8）在Simulink模塊庫的Signal Routing模塊庫中拖拽Demux模塊，設(shè)置成圖1-19所示的通道數(shù)6。 （9）從Simulink模塊庫的Commonly Used Blocks模塊庫中選擇Bus Selector模塊，連接到Mosfet模塊的m端。 （10）從Simulink模塊庫的Sink模塊庫拖拽To Workspace模塊，修改變量名為UR，如圖1-22所示。 圖1-22 To Workspace模塊參數(shù)設(shè)置 （11）打開M文件編輯

26、器，編制繪圖文件，并命名為Buckopen.m figure(1) plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(1,1).values,linewidth,1.5) xlabel(time(s),fontsize,10) ylabel(PWM,fontsize,10) title(PWM Pulse Signal,fontsize,10) figure(2) subplot(2,1,1) plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(1,2).values,linewidth,1.5) xlabel(time

27、(s),fontsize,10) ylabel(UL/V,fontsize,10) grid on title(Inductance Voltage,fontsize,10) subplot(2,1,2) plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(1,3).values,linewidth,1.5) xlabel(time(s),fontsize,10) ylabel(iL/A,fontsize,10) grid on title(Inductance Current,fontsize,10) figure(3) plot(Scop

28、eData.time,ScopeData.signals(1,4).values,linewidth,1.5) xlabel(time(s),fontsize,10) ylabel(UR/V,fontsize,10) grid on title(Load Voltage,fontsize,10) figure(4) plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(1,5).values,linewidth,1.5) xlabel(time(s),fontsize,10) ylabel(Umos,Imos/V,fontsize,10) grid

29、 on title(Mosfet Voltage and Current,fontsize,10) figure(5) plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(1,6).values,linewidth,1.5) xlabel(time(s),fontsize,10) ylabel(UD,ID/V,fontsize,10) grid on title(Mosfet Voltage and Current,fontsize,10) figure(6) plot(UR.time,UR.signals.values,linewidth

30、,1.5) xlabel(time(s),fontsize,10) ylabel(UR/V,fontsize,10) grid on title(Load Voltage Mean Value,fontsize,10) （12）信號發(fā)生器產(chǎn)生PWM信號如圖1-23所示。 圖1-23 PWM脈沖信號 （13）電感L的電壓、電流波形如圖1-24所示。 圖1-24 電感L的電壓、電流波形 （14）負載電阻R上的電壓UR如圖1-25所示。 圖1-25 負載電阻R上的電壓UR波形 （15）Mosfet管上的電壓和電流波形如圖1-26

31、所示。 圖1-26 Mosfet管上的電壓和電流波形 （16）二極管上的電壓、電流波形如圖1-27所示。 圖1-27 二極管上的電壓、電流波形 （17）負載電阻R上的電壓平均值波形如圖1-28所示。 圖1-28 負載電阻R上的電壓平均值波形 1.4.2 電力電子課程設(shè)計題目 1. 基于Simulink的開環(huán)和閉環(huán)Buck電路仿真 （1）實驗要求 基于Simulink完成Buck電路的開環(huán)和閉環(huán)PI控制系統(tǒng)仿真。 （2）設(shè)計要求 輸入電壓為20V，輸出電壓10V，要求紋波電壓為輸出電壓的0.25％，負載電阻10歐姆，計算工作頻率分別為10kHz（

32、50kHz）時所需的電感、電容。要求繪制Buck電路開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的直流電壓波形以及電感電流波形。 （3）思考題 隨著PWM脈沖信號的占空比不斷增加，則輸出電壓值如何變化？ 2. 基于Simulink的開環(huán)和閉環(huán)Boost電路仿真 （1）實驗要求 基于Simulink完成Boost電路的開環(huán)和閉環(huán)PI控制系統(tǒng)仿真。 圖1-41 Boost電路的工作原理 （2）設(shè)計要求 Boost電路的輸入電壓為60V，開關(guān)頻率取為20kHz，輸出電壓為200V。要求紋波電壓為輸出電壓的0.3％。計算工作頻率分別為20kHz時所需的電感、電容。要求繪制Boost電路開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)

33、的電壓以及電流波形。 （3）思考題 隨著電容值的變化（增大或減小），輸出電壓波形如何變化？ 1.5 Simulink在交直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 1.5.1 基于Simulink的開環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)仿真 直流電動機是將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能的電動機。近年來，隨著計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)的性能可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，在許多場合正逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)。但在許多需要高性能可控電力拖動的場合，如軋鋼、紡織以及金屬加工等場合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。直流電動機開環(huán)控制原理如圖1-42所示。晶

34、閘管開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由交流電源、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機、觸發(fā)電路和給定電路組成。整流器提供可以調(diào)節(jié)的直流電動機電樞電壓實現(xiàn)直流電動機的轉(zhuǎn)速輸出，而系統(tǒng)的輸出量沒有反饋給定環(huán)節(jié)參與控制。 圖1-42 直流電動機開環(huán)控制原理 利用SimPowerSystem模塊庫中的Universal Bridge模塊和合成6脈沖發(fā)生器集成模塊，可以搭建開環(huán)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖1-43所示。 圖1-43開環(huán)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 開環(huán)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)仿真模型包括以下模塊： （1）交流電源模塊； （2）合成6脈沖發(fā)生器模塊； （3）Universal Brid

35、ge模塊； （4）DC Machine模塊； （5）Demux模塊； （6）示波器模塊； （7）直流電源模塊； （8）串聯(lián)RLC分支模塊； （9）電壓測量模塊； （10）常數(shù)模塊； 分析仿真模型圖1-43可知： （1）可以根據(jù)需要設(shè)定Synchronized 6-pulse generator Pulse Generator的觸發(fā)角。 （2）可以通過Demux模塊觀測直流電動機的轉(zhuǎn)速、勵磁電流、電樞電流以及電磁轉(zhuǎn)矩波形。 下面給出模塊的參數(shù)設(shè)置： （1）在Electrical Sources模塊庫中拖拽三個交流電壓源模塊，設(shè)置三相對稱交流

36、電源的峰值電壓為220V，初始相位分別為0，-120和120，頻率為50Hz。 （2）晶閘管整流橋參數(shù)設(shè)置如圖1-44所示：從Power Electronics模塊庫中選取Universal Bridge模塊。設(shè)置緩沖電阻Rs為50k，緩沖電容Cs為inf，內(nèi)電阻Ron為0.001，內(nèi)電抗Lon為0H，“Power Electronic device”選擇“Thyristors”。 圖1-44 晶閘管整流橋參數(shù)設(shè)置 （3）在Elements模塊庫中，拖拽Series RLC Branch模塊，選擇電感L，設(shè)置L=5*10-3H。 （4）直流電動機參數(shù)設(shè)置：從Machine

37、s模塊庫中拖拽DC Machine模塊，直流電動機的勵磁繞組“F+～F-” 端接直流恒定勵磁電源，勵磁電源從Electrical Sources模塊中拖拽DC Voltage Source模塊，設(shè)置幅值為220V。電樞繞組“A+～A-”端經(jīng)平波電抗器接晶閘管整流橋的輸出端。電動機經(jīng)TL端接恒轉(zhuǎn)矩負載，通過m端可以測量直流電動機的轉(zhuǎn)速、勵磁電流、電樞電流以及電磁轉(zhuǎn)矩。直流電動機的參數(shù)設(shè)置如圖1-45所示。勵磁電阻Rf為240，電感Lf為120H，電樞電阻Ra為0.6，電樞電感La為0.012H，電樞繞組和勵磁繞組互感Laf為1.8H，電動機的轉(zhuǎn)動慣量為，額定負載轉(zhuǎn)矩。 （5） 6脈沖發(fā)

38、生器的參數(shù)設(shè)置：從SimPowerSystem模塊庫中的Extra Library模塊庫中的Control Blocks模塊庫中拖拽Synchronous 6 Pulse Generator模塊。由于該模塊需要三相線電壓同步信號，因此通過三個電壓測量模塊將三相理想交流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓。設(shè)置Block為0，觸發(fā)角為50。雙擊打開參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置頻率為50Hz，脈沖寬度為10，勾選雙脈沖。 圖1-45 直流電動機參數(shù)設(shè)置 （6）由于是開環(huán)控制，因此晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路只有一個給定信號。從Simulink模塊庫中拖拽Constant模塊，設(shè)置為50rad/s。

39、 （7）系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置：打開Simulation菜單的Configuration Parameters對話框，選擇變步長算法ode23s（stiff/Mod.Rosenbrock），如圖1-46所示。設(shè)置“Start time”為0，“Stop time”設(shè)定為10s。 圖1-46 系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置 （8）打開M文件編輯器，編制繪圖文件，并命名為DCWIT.m figure(1) plot(DCWIT.time,DCWIT.signals(1,1).values,linewidth,1.5) xlabel(time(s),fontsize,10) ylabe

40、l(rad/s,fontsize,10) title(Speed,fontsize,10) grid on figure(2) plot(DCWIT.time,DCWIT.signals(1,2).values,linewidth,1.5) xlabel(time(s),fontsize,10) ylabel(Ia/A,fontsize,10) title(Armature Current,fontsize,10) grid on figure(3) plot(DCWIT.time,DCWIT.signals(1,3).values,linewidth,1.5)

41、 xlabel(time(s),fontsize,10) ylabel(If/A,fontsize,10) title(Field Current,fontsize,10) grid on figure(4) plot(DCWIT.time,DCWIT.signals(1,4).values,linewidth,1.5) xlabel(time(s),fontsize,10) ylabel(Te/Nm,fontsize,10) title(Mechanical Torque,fontsize,10) grid on figure(5) subplot(4,1

42、,1) plot(DCWIT.time,DCWIT.signals(1,1).values,linewidth,1.5) ylabel(rad/s,fontsize,10) grid on title(DC Motor Simulation Waves,fontsize,10) subplot(4,1,2) plot(DCWIT.time,DCWIT.signals(1,2).values,linewidth,1.5) ylabel(Ia/A,fontsize,10) grid on subplot(4,1,3) plot(DCWIT.time,DCWIT.signals(

43、1,3).values,linewidth,1.5) ylabel(If/A,fontsize,10) grid on subplot(4,1,4) plot(DCWIT.time,DCWIT.signals(1,4).values,linewidth,1.5) xlabel(time(s),fontsize,10) ylabel(Te/Nm,fontsize,10) grid on （9）轉(zhuǎn)速波形如圖1-47所示。 圖1-47 轉(zhuǎn)速波形 （10）電樞電流波形如圖1-48所示。 圖1-48 電樞電流波形 （11）勵磁電流波形如圖1-

44、49所示。 圖1-49 勵磁電流波形 （12）電磁轉(zhuǎn)矩波形如圖1-50所示。 圖1-50 電磁轉(zhuǎn)矩波形 1.5.2 交直流調(diào)速課程設(shè)計題目 1. 基于Simulink的晶閘管單閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 （1）實驗要求 基于Simulink完成晶閘管單閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)仿真。晶閘管單閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖1-63所示。 圖1-63 閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 （2）設(shè)計要求 直流電動機系統(tǒng)參數(shù)如圖1-45所示。要求繪制直流電動機單閉環(huán)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、勵磁電流、電樞電流以及電磁轉(zhuǎn)矩波形。 （

45、3）思考題 隨著負載轉(zhuǎn)矩TL的增加，則電樞電流波形如何變化？ 2. 基于Simulink的晶閘管單閉環(huán)無靜差轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 （1）實驗要求 基于Simulink完成晶閘管單閉環(huán)無靜差轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)仿真。晶閘管單閉環(huán)無靜差轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖1-64所示。 （2）設(shè)計要求 直流電動機系統(tǒng)參數(shù)如圖1-45所示。要求繪制直流電動機單閉環(huán)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、勵磁電流、電樞電流以及電磁轉(zhuǎn)矩波形。 （3）思考題 單閉環(huán)無靜差轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)與單閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別在哪里？ 圖1-64 晶閘管單閉環(huán)無靜差轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖