電力拖動自動控製係統中的仿真教學探討

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1。前言
“電氣傳(chuan) 動自動控製係統”是電氣工程及其自動化專(zhuan) 業(ye) 的一門主幹專(zhuan) 業(ye) 課。該課程知識全麵，涵蓋麵廣。它整合了“自動控製原理”、“電機驅動”、“電力電子技術”和“檢測技術”等課程的相關(guan) 知識本課程也是後續課程。苐yi門課程包括“計算機控製係統”和“伺服控製係統”本課程的特點是綜合所學知識，靈活運用所學知識，建立控製係統物理係統的完整概念，理論與(yu) 實踐緊密結合。
在本課程的傳(chuan) 統課堂教學中，教師通常采用& ldquo全屋灌溉& rdquo新的教學方法教授理論知識。學生處於(yu) 完全被動的狀態，隻能機械地記住原則。他們(men) 又無聊又無聊。他們(men) 逐漸對學習(xi) 失去興(xing) 趣，甚至厭倦學習(xi) ，從(cong) 而嚴(yan) 重影響教學效果。特別是，學生沒有實際工作經驗，他們(men) 對課程或知識的理解非常模糊。他們(men) 甚至無法將所學知識與(yu) 工程應用聯係起來，這不符合我們(men) 培養(yang) 應用型人才的目標。
在電氣傳(chuan) 動自動控製課程的教學過程中，引入Matlab計算機仿真軟件輔助教學，通過計算機仿真模型將課程內(nei) 容與(yu) 實際應用相結合。老師一邊示範一邊說話，學生一邊操作一邊學習(xi) 。這種方式將使學生積極參與(yu) 課堂教學，也提高他們(men) 的學習(xi) 興(xing) 趣和積極性。
使用Matlab中的Simulink軟件進行係統仿真非常簡單直觀。Simulink提供了一個(ge) 使用係統模型框圖進行配置的仿真平台。使用Simulink進行仿真和分析就像在紙上畫圖一樣簡單。利用Simulink構建電驅動自動控製係統通常有兩(liang) 種方法，一種是基於(yu) 係統的動態結構圖，另一種是基於(yu) 係統的電氣結構圖它們(men) 有自己的特點，本文將分別進行解釋。< br/ > 2。根據係統動態結構圖的模擬，自動控製係統的動態分析是為(wei) 了判斷係統的穩定性，掌握各種動態性能指標與(yu) 動態參數之間的關(guan) 係以DC調速係統為(wei) 例，無論是單閉環係統還是雙閉環係統，該係統都包括可變DC電源、調節器、電機、反饋裝置等環節建立各環節的傳(chuan) 遞函數，根據它們(men) 之間的相互關(guan) 係形成係統的動態結構圖，從(cong) 而進行動態分析。在傳(chuan) 統的課堂教學中，學生無法直觀地觀察和發現動態參數對調速性能的影響，因此可以利用Simulink根據係統的動態結構圖建立仿真模型
Simulink的連續模塊庫中的傳(chuan) 遞函數模塊用於(yu) 建立電機、DC電源和其他鏈接的模型，並將它們(men) 組合在一起用這種方法建模的前提是要知道各部件的傳(chuan) 遞函數。其優(you) 點是係統模型簡單，建模容易，參數修改方便。

圖1根據動態結構圖建立的單閉環調速係統仿真模型
以速度負反饋單閉環DC調速係統為(wei) 例，根據係統動態結構圖建立的模型如圖1所示當電機空載啟動時，它將在1秒內(nei) 突然滿載。電機速度和電流變化的波形如圖2所示。

圖2單閉環調速係統輸出仿真曲線

結合模型和仿真結果可以看出:(1)電機空載啟動時的電流非常大，這對學生來說是一種非常直觀的感覺(2)在電機啟動調整期間，電流反向。這是因為(wei) 晶閘管整流器在動態結構圖中的傳(chuan) 遞函數是線性的，而實際的晶閘管整流器不能傳(chuan) 遞反向電流。因此，這也是動態結構圖建模和電氣結構圖建模的區別。後者能更好地反映係統的工作情況。(3)在負荷突然增加和突然減少時，學生可以得到實時直觀的顯示，加深對動態調節過程的理解
在教學之前，教師可以預先建立模型，並在課堂上運行，以獲得輸出響應曲線在教學中，可以引導學生分析為(wei) 什麽(me) 啟動時電流大，為(wei) 什麽(me) 電流在動態過程中反向，以及為(wei) 什麽(me) 電機在滿載時能以給定的速度穩定運行。讓學生回答問題，思考他們(men) 所談論的理論知識。學生將有更強的接受能力和更高的學習(xi) 熱情。< br/ > 3。根據係統電氣結構圖進行仿真
電力係統工具箱SimPowerSystems在Simulink中包含電源、變壓器、電機、電阻、電容和各種電力電子元件。因此，可以通過從(cong) 組件庫中選擇所需的組件並根據係統電氣結構圖連接它們(men) 來構建係統不需要預先推導各個(ge) 環節的傳(chuan) 遞函數，建模過程更接近真實係統的構建過程。以雙閉環DC調速係統為(wei) 例，根據係統電氣結構圖建立的模型如圖3所示。

圖3根據電氣結構圖建立的雙閉環調速係統仿真模型
在根據電氣結構圖建立的係統中，電源和電機由SimPowerSystems中的元件實現，係統的主電路由交流電源、晶閘管整流器、觸發器、移相控製環節和電機連接而成。控製回路的主體(ti) 是速度調節器、電流調節器和反饋濾波器環節，它們(men) 類似於(yu) 根據上述動態結構圖的單閉環係統的仿真。與(yu) 基於(yu) 動態結構圖的仿真相比，該建模方法能使學生獲得更直觀、更直接的效果。當電動機空載啟動時，當它達到0.6s時，它將突然滿載。電動機速度和電流變化的波形如圖4所示。

圖4雙閉環速度控製係統的輸出仿真曲線
結合模型和仿真結果可以看出:(1)電機啟動時，電流迅速上升到一個(ge) 大值，這是啟動的苐yi階段；然後保持大電流，電機以恒定的加速度上升到給定的速度，這是第二階段；之後，轉速和電流相互調節，進入第三階段啟動，直到係統達到穩定。從(cong) 圖中可以清楚地看出，這三個(ge) 階段，結合教學中的輸出波形說明，將大大提高學生對雙閉環DC調速係統啟動過程的理解和掌握。(2)在0.4s起動過程結束時，電樞電流下降到0，轉速上升到很高並被過度調節，電流被賦予為(wei) 負，但晶閘管整流器不能產(chan) 生反向電流。此時，電樞電流為(wei) 0，由於(yu) 空載起動，電機保持在高轉速狀態，這與(yu) 帶負載起動有很大不同(3)當突然施加負載時，速度和電流都將動態變化。如果調節器參數選擇得不夠好，就會(hui) 出現振蕩過程。
係統動態結構圖模擬和係統電氣結構圖模擬均可用於(yu) 電氣傳(chuan) 動自動控製係統的教學。考慮到學生與(yu) 仿真軟件的初次接觸和時間限製等問題，在理論教學中用動態結構圖建模更簡單、更實用。電氣結構圖模擬可用於(yu) 課程設計。電流調節器和轉速調節器的參數可根據工程設計方法獲得。學生使用電力係統模塊庫中提供的組件來構建係統並完成係統仿真。< br/ > 4。結論
將Matlab仿真引入到電氣傳(chuan) 動自動控製係統的課堂教學中，加深了學生對係統的理解，使學生能夠很好地將所學知識與(yu) 實際應用相結合，對學生掌握、分析和設計自動控製係統具有重要作用。

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