實驗一
開環直流調速系統的仿真
一、實驗目的1、熟悉并掌握利用MATLAB中Simulink建立直流調速系統的仿真模型和進行仿真實驗的方法。
2、掌握開環直流調速系統的原理及仿真方法。
二、實驗內容
開環直流調速系統的仿真框圖如圖1所示，根據系統各環節的參數在Simulink中建立開環直流調速系統的仿真模型，按照要求分別進行仿真實驗，輸出直流電動機的電樞電流Id和轉速n的響應數據，繪制出它們的響應曲線，并對實驗數據進行分析，給出相應的結論。
圖1
開環直流調速系統的仿真框圖
開環直流調速系統中各環節的參數如下：
直流電動機：額定電壓UN
=
220
V，額定電流IdN
=
A，額定轉速nN
=
1000
r/min，電動機電勢系數Ce=
0.192
V·min/r。
假定晶閘管整流裝置輸出電流可逆，裝置的放大系數Ks
=
44，滯后時間常數Ts
=
0.00167
s。
電樞回路總電阻R
=1.0
Ω，電樞回路電磁時間常數Tl
=
0.00167
s，電力拖動系統機電時間常數Tm
=
0.075
s。
對應額定轉速時的給定電壓Un*=4.364V。
三、實驗步驟
1、根據開環直流調速系統的各環節參數建立空載時的Simulink仿真框圖，如圖2所示。
圖2
空載時開環直流調速系統的仿真框圖
2、設置合適的仿真時間，利用out器件或示波器將相關數據輸出到MATLAB的Workspace中，并在MATLAB中利用plot（X,Y）函數繪制出空載時直流電動機的電樞電流Id和轉速n的響應曲線，記錄并分析實驗數據，給出相應的結論。
3、根據開環直流調速系統的各環節參數建立帶負載時的Simulink仿真框圖，如圖3所示。
圖3
帶負載時開環直流調速系統的仿真框圖
4、設置合適的仿真時間，在1s時分別加入負載電流為IdL=10、20、50A，利用out器件或示波器將相關數據輸出到MATLAB的Workspace中，并在MATLAB中利用plot（X,Y）函數繪制出在1s時加入負載電流分別為IdL=10、20、50A時直流電動機的電樞電流Id和轉速n的響應曲線，記錄并分析實驗數據，給出相應的結論。
5、設置合適的仿真時間，在1s時分別加入負載電流為IdL=20A，修改給定電壓Un*的值（取3組不同的值），利用out器件或示波器將相關數據輸出到MATLAB的Workspace中，并在MATLAB中利用plot（X,Y）函數繪制出在1s時加入負載電流分別為IdL=20A時直流電動機的電樞電流Id和轉速n的響應曲線，記錄并分析實驗數據，給出相應的結論。（證明開環時轉速降落只與負載電流有關，而與給定電壓無關。）
四、數據分析
T/s
0
0.01
0.05
0.5
1.1
1.5
Id/A
0
174.95
102.06
0.37
0.05
0.11
0.05
n/r*min
0
102.95
481.2
999
1000.1
1000.1
1000.1
在0~1s里，電流快速減小，1s后，電流趨于平穩；而在0~1s里，電機轉速快速上升，1s后達到穩定。
T/s
0
0.01
0.05
0.5
1.2
1.5
Id1/A
0
174.45
102.06
0.37
0.02
9.37
10.12
n1/r*min
0
102.95
481.2
998.92
1000.1
951.63
948.04
Id2/A
0
174.45
102.06
0.37
0.02
18.73
20.12
n2/r*min
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/r*min
0
102.95
481.2
998.92
1000.1
756.76
739.96
由上表可知，在0~1s內，隨著id的減小，n逐漸增大；在1s時突加負載電流，id逐漸增大，n逐漸減小；且隨著負載電流的增大，id增大越明顯，n減小越明顯。
T/s
0
0.01
0.05
0.5
1.2
1.5
Id1/A
0
395.69
229.82
0.59
0.02
19.138
20.5
n1/r*min
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/r*min
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/r*min
0
452.76
2171.2
4577.9
4583.3
4486
4479.3
對上表分析，隨著給定電壓的升高，電樞電流在0~1s所達到的峰值也隨著提高，在1s時加入20A固定負載電流后，電樞電流上升的幅度基本相同；電機轉速跟電樞電流變化基本相似。
在Un*分別為10V、15V、20V時，轉速降落分別為
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，因此可證明轉速降落于給定電壓Un*無關。
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