电气工程综合实训（matlab）报告
题 目 电动机调速系统仿真
专 业
班 级
学 生 姓 名
学 号
指 导 教 师
时 间
课程设计目
1掌握MATLAB环境传递函数建模Power System模块建模方法
2根控制象物理特性掌握控制系统动态建模方法分析方法
3解控制系统校正般程根控象性指标求进行系统校正
二课程设计容
1某晶闸供电双闭环直流调速系统整流装置采三相桥式电路基数：
直流电动机：220V17A1460rmin允许载倍数
晶闸装置放系数：
电枢回路总电阻：
时间常数：
电流反馈系数：
转速反馈系数：
设计转速电流双闭环控制调速系统设计指标电流超调量空载起动额定转速时转速超调量取电流反馈滤波时间常数转速反馈滤波时间常数取转速调节器电流调节器饱值12V输出限幅值10V额定转速时转速定仿真观察系统转速电流响应设定参数变化系统响应影响
求：
（1）根转速电流双闭环控制直流调速系统动态结构图传递函数构建仿真模型
（2）工程方法设计选择转速电流调节器参数ASRACR采PI调节器
（3）设定模型仿真参数仿真时间10s6s时突加12额定负载观察控制系统电流转速响应
（4）修改调节器参数观察参数条件双闭环系统电流转速响应（5）Power System模块建立直流电机双闭环系统仿真模型传递函数模型运行结果进行较
会公式：
供电电源电压：
励磁电阻：
电枢电感估算式：（c04）
反电势常数：
电动机轴飞轮惯量：
电动机转动惯量：
额定负载转矩：
（1） 设计思路：
直流调速系统中通PI调节器实现转速负反馈控制系统转速稳态静差消负载转矩扰动稳态转速影响实现允许条件电机快起动采电流负反馈控制获段电流保持值恒流程转速负反馈电流负反馈起作系统中设置两调节器分引入两种负反馈机制调节转速电流中转速调节器（ASR）输出作电流调节器（ACR）输入ACR输出控制电力电子变换器
处作工程设计方法调节器设计程分两步：第步先选择调节器结构确保系统稳定时满足需稳态精度第二步选择调节器参数满足动态性指标求获良静态动态性转速电流两调节器般采PI调节器
转速电流双闭环控制直流调速系统动态结构图
（2） 参数计算程：
ACR设计程：
①确定时间常数
a．查表知三相桥式整流装置滞时间常数s
b．题已知电流滤波时间常数s
c．时间常数似处理取电流环时间常数s
②选择ACR结构
根设计求保证稳态电流差典型Ⅰ型系统设计PI型ACR传递函数查表知项指标均满足条件
③计算ACR参数
ACR超前时间常数：s
ACR开环增益：求时取
ACR例系数
④检验似条件
电流环截止频率：
a．校验晶闸整流装置传递函数似条件
满足似条件
b．校验忽略反电动势变化电流环动态影响条件
满足似条件
c．校验电流环时间常数似处理条件
满足似条件综述PI型ACR传递函数
ASR设计程：
①确定时间常数
a．电流环等效时间常数
s
b．题已知转速滤波时间常数s
c．时间常数似处理取转速环时间常数
s
②选择ASR结构
根设计求选PI型ACR传递函数查表知项指标均满足条件
③计算ASR参数
根抗扰性较原取h5ACR超前时间常数s
ASR开环增益
ASR例系数
④检验似条件
转速环截止频率：
a．校验电流环简化条件
满足简化条件
b．校验转速环时间常数似处理条件
满足似条件
⑤校核转速超调量
突加阶跃定时ASR饱处应退饱情况重新计算超调量h5时查超调量
显然满足设计求
综述PI型ASR传递函数
（3） 仿真模型波形图（注：图图标）：
仿真模型：
图11转速电流双闭环控制直流调速系统仿真模型
仿真时间10s6s时突加12额定负载：电流调节器KT05：
图12 KT05电流波形
图13KT05电流转速响应波形
电流调节器KT＝025时：
图14KT＝025 电流波形
图15KT＝025电流转速响应波形
电流调节器KT1时：
图16KT1电流波形
图17 KT1电流转速响应波形
（4） 结果进行分析：
电流调节器KT05电压调节器h5时电流转速响应性超调动态性适中电流调节器KT＝025时出起动时电流响应超调减升时间变长电流调节器KT1时出起动时电流响应超调增升时间变短
（5） Power System模块建立直流电机双闭环系统仿真模型：
图18Power System模块建立直流电机双闭环系统仿真模型
图19Power System模块建立直流电机双闭环系统仿真波形
2转速开环SPWM控制变频调速系统建立仿真
图系统总框图中spwm模块inverter模块封装子系统模块子系统模块需搭建
提示：1）调制波三相正弦调制波
中
2）等腰三角波脉发生器（幅值设4周期设1 1980占空设50）常数2较新脉积分环节等腰三角形波增益模块（1980*2）进行放（方法仿真时长001s时三角波形需图示：）
3）正弦调制波模块三角波模块组合起两信号较延时（relay模块）进行判断正负半周脉波形正半周驱动逆变器桥臂负半轴驱动桥臂
4）逆变器仿真模块3switch模块构成等效逆变桥前面生成spwm波形送入逆变环节然送入电动机模型必考虑驱动电路仿真程中没电压电流概念纯粹数字体现电压电流Ud整流滤波直流电仿真中常数代
5）电机参数：
额定功率2200VA额定电压（线电压）380V额定频率50Hz转速1500rmin定子电阻Ra0435欧转子电阻Rr0816欧定子电感Ls0004H转子电感Lr0002H定转子互感Lm006931极数np2转动惯量J0089kgm2摩擦系数F0
仿真类型选ContinurousVariablestep算法采ode23s（stiffModRosenbrock）仿真时长1s电机控制数量较Scope中记录点数限制取消
6）求空载启动03s时系统突加10Nm负载05s时负载突变20Nm07s时负载突减5Nm记录整程相关波形图图示示波器等腰三角形子模块波形需显示波形图中需标出种曲线
7）出子系统仿真图
（1） 设计思路：
①正弦调制仿真模型搭建：调制波三相正弦调制波中
图21 正弦调制仿真模型结构图
图22 正弦调制仿真波形
②等腰三角载波仿真模型等腰三角波脉发生器（幅值设4周期设1 1980占空设50）常数2较新脉积分环节等腰三角形波增益模块（1980*2）
图23等腰三角载波仿真模型
图24等腰三角载波仿真波形
③SPWM仿真模型搭建：
两模块组合起正弦三角信号较延时（MATLABSimulink中Relay模块）进行00判断样正负半周脉波形正半周驱动六相桥桥臂负半周驱动桥臂
图25SPWM仿真模型
图26SPWM仿真波形
④逆变器仿真模型：
逆变器仿真模块3switch模块构成等效逆变桥前面生成spwm波形送入逆变环节然送入电动机模型必考虑驱动电路仿真程中没电压电流概念纯粹数字体现电压电流Ud整流滤波直流电仿真中常数代
图27逆变器仿真模型
（2） 参数计算程：
额定功率2200VA额定电压（线电压）380V额定频率50Hz转速1500rmin定子电阻Ra0435欧转子电阻Rr0816欧定子电感Ls0004H转子电感Lr0002H定转子互感Lm006931极数np2转动惯量J0089kgm2摩擦系数F0仿真类型选ContinurousVariablestep算法采ode23s（stiffModRosenbrock）仿真时长1s电机控制数量较Scope中记录点数限制取消输入逆变器整流电压取：Ud＝V
电机参数设置：
（3） 仿真模型波形图（注：图图标）：
仿真模型：
图28转速开环SPWM控制调速系统仿真模型
仿真波形：
图29负载变化曲线
图210转速n波形
图211电磁转矩Te波形
图212转子电流Ir波形
图213定子电流Is波形
（4） 结果进行分析：
空载起动电磁转矩较存定波动转速快速升约015s达稳定1500rmin转子电流正负变化趋0定子电流稳定三相称电流03s时系统突加10Nm负载转速降电磁转矩升05s时负载突变20Nm转速降电磁转矩升07s时负载突减5Nm转速升电磁转矩降见开环控制转速静差
三 课程设计总结
短短周matalab课程设计心体会：时候件挺简单事想象起应该挺容易办实际操作起身缺乏知识太遭处处碰壁次课程设计中真真切切感觉matalab强功第次感觉什做学致体会理实际直接结合掌握matalab环境传递函数建模Power System模块建模方法觉matalab真门强工具想学工作中受益穷
江SU学
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电气工程综合实训（matlab）报告
题 目 电动机调速系统仿真
专 业
班 级
学 生 姓 名
学 号
指 导 教 师
时 间
课程设计目
1掌握MATLAB环境传递函数建模Power System模块建模方法
2根控制象物理特性掌握控制系统动态建模方法分析方法
3解控制系统校正般程根控象性指标求进行系统校正
二课程设计容
1某晶闸供电双闭环直流调速系统整流装置采三相桥式电路基数：
直流电动机：220V17A1460rmin允许载倍数
晶闸装置放系数：
电枢回路总电阻：
时间常数：
电流反馈系数：
转速反馈系数：
设计转速电流双闭环控制调速系统设计指标电流超调量空载起动额定转速时转速超调量取电流反馈滤波时间常数转速反馈滤波时间常数取转速调节器电流调节器饱值12V输出限幅值10V额定转速时转速定仿真观察系统转速电流响应设定参数变化系统响应影响
求：
（1）根转速电流双闭环控制直流调速系统动态结构图传递函数构建仿真模型
（2）工程方法设计选择转速电流调节器参数ASRACR采PI调节器
（3）设定模型仿真参数仿真时间10s6s时突加12额定负载观察控制系统电流转速响应
（4）修改调节器参数观察参数条件双闭环系统电流转速响应（5）Power System模块建立直流电机双闭环系统仿真模型传递函数模型运行结果进行较
会公式：
供电电源电压：
励磁电阻：
电枢电感估算式：（c04）
反电势常数：
电动机轴飞轮惯量：
电动机转动惯量：
额定负载转矩：
（1） 设计思路：
直流调速系统中通PI调节器实现转速负反馈控制系统转速稳态静差消负载转矩扰动稳态转速影响实现允许条件电机快起动采电流负反馈控制获段电流保持值恒流程转速负反馈电流负反馈起作系统中设置两调节器分引入两种负反馈机制调节转速电流中转速调节器（ASR）输出作电流调节器（ACR）输入ACR输出控制电力电子变换器
处作工程设计方法调节器设计程分两步：第步先选择调节器结构确保系统稳定时满足需稳态精度第二步选择调节器参数满足动态性指标求获良静态动态性转速电流两调节器般采PI调节器
转速电流双闭环控制直流调速系统动态结构图
（2） 参数计算程：
ACR设计程：
①确定时间常数
a．查表知三相桥式整流装置滞时间常数s
b．题已知电流滤波时间常数s
c．时间常数似处理取电流环时间常数s
②选择ACR结构
根设计求保证稳态电流差典型Ⅰ型系统设计PI型ACR传递函数查表知项指标均满足条件
③计算ACR参数
ACR超前时间常数：s
ACR开环增益：求时取
ACR例系数
④检验似条件
电流环截止频率：
a．校验晶闸整流装置传递函数似条件
满足似条件
b．校验忽略反电动势变化电流环动态影响条件
满足似条件
c．校验电流环时间常数似处理条件
满足似条件综述PI型ACR传递函数
ASR设计程：
①确定时间常数
a．电流环等效时间常数
s
b．题已知转速滤波时间常数s
c．时间常数似处理取转速环时间常数
s
②选择ASR结构
根设计求选PI型ACR传递函数查表知项指标均满足条件
③计算ASR参数
根抗扰性较原取h5ACR超前时间常数s
ASR开环增益
ASR例系数
④检验似条件
转速环截止频率：
a．校验电流环简化条件
满足简化条件
b．校验转速环时间常数似处理条件
满足似条件
⑤校核转速超调量
突加阶跃定时ASR饱处应退饱情况重新计算超调量h5时查超调量
显然满足设计求
综述PI型ASR传递函数
（3） 仿真模型波形图（注：图图标）：
仿真模型：
图11转速电流双闭环控制直流调速系统仿真模型
仿真时间10s6s时突加12额定负载：电流调节器KT05：
图12 KT05电流波形
图13KT05电流转速响应波形
电流调节器KT＝025时：
图14KT＝025 电流波形
图15KT＝025电流转速响应波形
电流调节器KT1时：
图16KT1电流波形
图17 KT1电流转速响应波形
（4） 结果进行分析：
电流调节器KT05电压调节器h5时电流转速响应性超调动态性适中电流调节器KT＝025时出起动时电流响应超调减升时间变长电流调节器KT1时出起动时电流响应超调增升时间变短
（5） Power System模块建立直流电机双闭环系统仿真模型：
图18Power System模块建立直流电机双闭环系统仿真模型
图19Power System模块建立直流电机双闭环系统仿真波形
2转速开环SPWM控制变频调速系统建立仿真
图系统总框图中spwm模块inverter模块封装子系统模块子系统模块需搭建
提示：1）调制波三相正弦调制波
中
2）等腰三角波脉发生器（幅值设4周期设1 1980占空设50）常数2较新脉积分环节等腰三角形波增益模块（1980*2）进行放（方法仿真时长001s时三角波形需图示：）
3）正弦调制波模块三角波模块组合起两信号较延时（relay模块）进行判断正负半周脉波形正半周驱动逆变器桥臂负半轴驱动桥臂
4）逆变器仿真模块3switch模块构成等效逆变桥前面生成spwm波形送入逆变环节然送入电动机模型必考虑驱动电路仿真程中没电压电流概念纯粹数字体现电压电流Ud整流滤波直流电仿真中常数代
5）电机参数：
额定功率2200VA额定电压（线电压）380V额定频率50Hz转速1500rmin定子电阻Ra0435欧转子电阻Rr0816欧定子电感Ls0004H转子电感Lr0002H定转子互感Lm006931极数np2转动惯量J0089kgm2摩擦系数F0
仿真类型选ContinurousVariablestep算法采ode23s（stiffModRosenbrock）仿真时长1s电机控制数量较Scope中记录点数限制取消
6）求空载启动03s时系统突加10Nm负载05s时负载突变20Nm07s时负载突减5Nm记录整程相关波形图图示示波器等腰三角形子模块波形需显示波形图中需标出种曲线
7）出子系统仿真图
（1） 设计思路：
①正弦调制仿真模型搭建：调制波三相正弦调制波中
图21 正弦调制仿真模型结构图
图22 正弦调制仿真波形
②等腰三角载波仿真模型等腰三角波脉发生器（幅值设4周期设1 1980占空设50）常数2较新脉积分环节等腰三角形波增益模块（1980*2）
图23等腰三角载波仿真模型
图24等腰三角载波仿真波形
③SPWM仿真模型搭建：
两模块组合起正弦三角信号较延时（MATLABSimulink中Relay模块）进行00判断样正负半周脉波形正半周驱动六相桥桥臂负半周驱动桥臂
图25SPWM仿真模型
图26SPWM仿真波形
④逆变器仿真模型：
逆变器仿真模块3switch模块构成等效逆变桥前面生成spwm波形送入逆变环节然送入电动机模型必考虑驱动电路仿真程中没电压电流概念纯粹数字体现电压电流Ud整流滤波直流电仿真中常数代
图27逆变器仿真模型
（2） 参数计算程：
额定功率2200VA额定电压（线电压）380V额定频率50Hz转速1500rmin定子电阻Ra0435欧转子电阻Rr0816欧定子电感Ls0004H转子电感Lr0002H定转子互感Lm006931极数np2转动惯量J0089kgm2摩擦系数F0仿真类型选ContinurousVariablestep算法采ode23s（stiffModRosenbrock）仿真时长1s电机控制数量较Scope中记录点数限制取消输入逆变器整流电压取：Ud＝V
电机参数设置：
（3） 仿真模型波形图（注：图图标）：
仿真模型：
图28转速开环SPWM控制调速系统仿真模型
仿真波形：
图29负载变化曲线
图210转速n波形
图211电磁转矩Te波形
图212转子电流Ir波形
图213定子电流Is波形
（4） 结果进行分析：
空载起动电磁转矩较存定波动转速快速升约015s达稳定1500rmin转子电流正负变化趋0定子电流稳定三相称电流03s时系统突加10Nm负载转速降电磁转矩升05s时负载突变20Nm转速降电磁转矩升07s时负载突减5Nm转速升电磁转矩降见开环控制转速静差
三 课程设计总结
短短周matalab课程设计心体会：时候件挺简单事想象起应该挺容易办实际操作起身缺乏知识太遭处处碰壁次课程设计中真真切切感觉matalab强功第次感觉什做学致体会理实际直接结合掌握matalab环境传递函数建模Power System模块建模方法觉matalab真门强工具想学工作中受益穷
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