MATLAB在电气中的应用(论文)

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MATLAB在电气中的应用

2012年 6 月6日

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摘 要

针对《自动控制原理》课程的特点和学生普遍感觉难度大的现实情况，本文把数学软件MATLAB引入到自动控制原理课程学习中，给出了MATLAB语言在学生课余学习和习题解答中的应用实例，具体从MATLAB在求系统动态性能参数、求负反馈控制系统闭环根轨迹图、复合校正控制系统中的应用三方面详细的解答反映了MATLAB引入自动控制原理的重要作用。这有利于学生更好地掌握自动控制理且可以提高学生的学习效率与学习积极性，培养学生的创新能力

关键字：matlab 积分器 三相桥式 双环调速电流 仿真

3 / 10 MATLAB in electrical application

Pick to

In view of the automatic control principle of the course of characteristics and

students generally feel difficulty of the reality of the situation, this paper introduced the

mathematical software MATLAB to automatic control principle of course, give the MATLAB

language student extracurricular learning in the application example problem sets and

solutions, from MATLAB in concrete for the system dynamic performance parameters,

negative feedback control system for the closed-loop root locus figure, compound

adjustment control system, the application of the three aspects of the detailed answer

reflects the MATLAB into the important role of automatic control principle. This is helpful to

the student to grasp the automatic control theory, and can improve their learning efficiency

and learning enthusiasm and cultivate students' innovative ability

Key word ：Matlab integrator Three-phase bridge type 2-ring control current

The

simulation

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目录

封面 ............................................................................................................................... 1

中文摘要 .................................................................................................................... 2

英文摘要 ................................................................................................................... 3

目录 ............................................................................................................................... 4

MATLAB概述 .............................................................................................................. 5

1.1 利用积分器实现微分方程求解 ............................................................................. 5

1.2 三相桥全控整流电路的仿真 ................................................................................. 6

1.2.1电阻负载（R的值为5欧，α=30°）........................................ 6

1、2.2阻感负载（R的值为5欧，L的值为0.01H,α=60°） ........... 8

1.3 双环调速电流环调速系统仿真 ............................................................................. 8

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1.1 利用积分器实现微分方程求解

实验要求：假设从实际自然界（力学、电学、生态等）或社会中，抽象出有初始状态为0的二阶微分方程 ， 是单位阶跃函数。本例演示如何用积分器直接构搭求解该微分方程的模型。二阶微分方程0.20.40.2()xxxut，的微分方程的模型如图2所示，经过运行之后可得出仿真结果，如图3所示。

图1 微分方程的仿真模型

0246810121416182000.10.20.30.40.50.60.70.80.9×î´óÖµ

t = 4.9567

x = 0.80201tx图2 仿真结果

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1.2 三相桥全控整流电路的仿真

在三相桥式全控整流电路中，设电源项电压为220V，整流变压器输出电压为100V（相电压），观察整流器在不同负载，不同触发角式整流器输出电压、电流波形，测量其平均值，并观察整流器交流侧电流波形和分析主要次谐波。

1.2.1电阻负载（R的值为5欧，α=30°）

设置模型参数如下：

电源参数设置：三相电源的电压峰值为220*sqrt（2），频率为50Hz，相位分

别为0°，-120°，-240°。

整流变压器参数设置：一次绕组联结（winding 1 connection）选择Delta（D11），线电压为220*sqrt（3）=380V；二次绕组联结（winding 2 connection）选择Y，线电压为100*sqrt（3）=173V，在要求不高时变压器容量、互感等其他参数可以保持默认值不变。

同步变压器参数设置：一次绕组联结（winding 1 connection）选择Delta（D11），线电压为380V；二次绕组联结（winding 2 connection）选择Y，线电压为150V，其他参数可以保持默认值。

三相晶闸管整流器参数设置：使用默认值。

RLC负载参数设置：R的值为5欧，L的值为0，C的值为inf。

脉冲发生器设置：频率为50Hz，脉冲宽度取1°，选择双脉冲触发方式。

触发角设置：给定alpha设置为30°。

仿真并观察结果为： 图3 三相桥式整流电路的仿真模型

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设置参数如下：仿真时间为0.06s，数值算法采用偶的15。仿真参数设置完成后即可启动仿真，得到的仿真结果如下图所示。经整流器输出的电压为直流，且波形与三项输入电压波形相对应。整流平均值与计算值Ud=2.34*100cos30°，v=202.6V相符。因为是电阻负载，整流后的电压和电力波形相同，但Y轴坐标不同。改变控制角可以观察在不同控制角下整流器的工作情况，并给出在3个不同控制角（自己给定）参数下的电压电流仿真波形，解释波形趋势。

图4 30°时整流器输入的三相电流波形

图5 45°时整流器输入的三相线电流波形

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1、2.2阻感负载（R的值为5欧，L的值为0.01H,α=60°）

在仿真模型中修改负载RLC参数，R的值为5欧，L的值为0.01H，C的值为inf，同时将触发角设置为60°。在仿真参数中设置仿真时间为0.16s，重新启动仿真，即可得到阻感负载时整流器输出电压和电流，见下图。由于电感是储能元件，电感中电流有一上升过程，在启动仿真0.08s以后电流进入稳定状态。

1.3 双环调速电流环调速系统仿真

双环调速的电流环系统的方框图为图14所示，图中参数已给出。

在Simulink集成环境下建立模型，在给定信号作用点处输入单位给定阶跃响应信号，0.3秒后在扰动信号点输入单位阶跃响应信号。相应的响应曲线，如图15所示。

PID调节器替代图中的比例积分调节器，如图16所示。图17为封装后模型。

要求对加入的PID控制器封装成一个模块使用，如图18所示。图19为应用PID后双环调速电流环系统的响应曲线。

图6双环调速的电流环系统

图7 仿真后的响应曲线