電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的仿真教學(xué)探討文章由優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠家為您提供，歡迎咨詢有關(guān)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的仿真教學(xué)探討周邊問(wèn)題，或?qū)嶒?yàn)設(shè)備的批發(fā)報(bào)價(jià)安裝設(shè)計(jì)成套咨詢。
1。前言
“電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門主干專業(yè)課。該課程知識(shí)全面，涵蓋面廣。它整合了“自動(dòng)控制原理”、“電機(jī)驅(qū)動(dòng)”、“電力電子技術(shù)”和“檢測(cè)技術(shù)”等課程的相關(guān)知識(shí)本課程也是后續(xù)課程。苐yi門課程包括“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”和“伺服控制系統(tǒng)”本課程的特點(diǎn)是綜合所學(xué)知識(shí)，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，建立控制系統(tǒng)物理系統(tǒng)的完整概念，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。
在本課程的傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，教師通常采用& ldquo全屋灌溉& rdquo新的教學(xué)方法教授理論知識(shí)。學(xué)生處于完全被動(dòng)的狀態(tài)，只能機(jī)械地記住原則。他們又無(wú)聊又無(wú)聊。他們逐漸對(duì)學(xué)習(xí)失去興趣，甚至厭倦學(xué)習(xí)，從而嚴(yán)重影響教學(xué)效果。特別是，學(xué)生沒(méi)有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，他們對(duì)課程或知識(shí)的理解非常模糊。他們甚至無(wú)法將所學(xué)知識(shí)與工程應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，這不符合我們培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)。
在電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制課程的教學(xué)過(guò)程中，引入Matlab計(jì)算機(jī)仿真軟件輔助教學(xué)，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真模型將課程內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。老師一邊示范一邊說(shuō)話，學(xué)生一邊操作一邊學(xué)習(xí)。這種方式將使學(xué)生積極參與課堂教學(xué)，也提高他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性。
使用Matlab中的Simulink軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真非常簡(jiǎn)單直觀。Simulink提供了一個(gè)使用系統(tǒng)模型框圖進(jìn)行配置的仿真平臺(tái)。使用Simulink進(jìn)行仿真和分析就像在紙上畫圖一樣簡(jiǎn)單。利用Simulink構(gòu)建電驅(qū)動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)通常有兩種方法，一種是基于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，另一種是基于系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)圖它們有自己的特點(diǎn)，本文將分別進(jìn)行解釋。< br/ > 2。根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的模擬，自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析是為了判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，掌握各種動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)與動(dòng)態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系以DC調(diào)速系統(tǒng)為例，無(wú)論是單閉環(huán)系統(tǒng)還是雙閉環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)都包括可變DC電源、調(diào)節(jié)器、電機(jī)、反饋裝置等環(huán)節(jié)建立各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，根據(jù)它們之間的相互關(guān)系形成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，學(xué)生無(wú)法直觀地觀察和發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)調(diào)速性能的影響，因此可以利用Simulink根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖建立仿真模型
Simulink的連續(xù)模塊庫(kù)中的傳遞函數(shù)模塊用于建立電機(jī)、DC電源和其他鏈接的模型，并將它們組合在一起用這種方法建模的前提是要知道各部件的傳遞函數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)模型簡(jiǎn)單，建模容易，參數(shù)修改方便。
圖1根據(jù)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖建立的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型
以速度負(fù)反饋單閉環(huán)DC調(diào)速系統(tǒng)為例，根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖建立的模型如圖1所示當(dāng)電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)，它將在1秒內(nèi)突然滿載。電機(jī)速度和電流變化的波形如圖2所示。
圖2單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)輸出仿真曲線
結(jié)合模型和仿真結(jié)果可以看出:(1)電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)的電流非常大，這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一種非常直觀的感覺(2)在電機(jī)啟動(dòng)調(diào)整期間，電流反向。這是因?yàn)榫чl管整流器在動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中的傳遞函數(shù)是線性的，而實(shí)際的晶閘管整流器不能傳遞反向電流。因此，這也是動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖建模和電氣結(jié)構(gòu)圖建模的區(qū)別。后者能更好地反映系統(tǒng)的工作情況。(3)在負(fù)荷突然增加和突然減少時(shí)，學(xué)生可以得到實(shí)時(shí)直觀的顯示，加深對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程的理解
在教學(xué)之前，教師可以預(yù)先建立模型，并在課堂上運(yùn)行，以獲得輸出響應(yīng)曲線在教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生分析為什么啟動(dòng)時(shí)電流大，為什么電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中反向，以及為什么電機(jī)在滿載時(shí)能以給定的速度穩(wěn)定運(yùn)行。讓學(xué)生回答問(wèn)題，思考他們所談?wù)摰睦碚撝R(shí)。學(xué)生將有更強(qiáng)的接受能力和更高的學(xué)習(xí)熱情。< br/ > 3。根據(jù)系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行仿真
電力系統(tǒng)工具箱SimPowerSystems在Simulink中包含電源、變壓器、電機(jī)、電阻、電容和各種電力電子元件。因此，可以通過(guò)從組件庫(kù)中選擇所需的組件并根據(jù)系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)圖連接它們來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)不需要預(yù)先推導(dǎo)各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，建模過(guò)程更接近真實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程。以雙閉環(huán)DC調(diào)速系統(tǒng)為例，根據(jù)系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)圖建立的模型如圖3所示。
圖3根據(jù)電氣結(jié)構(gòu)圖建立的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型
在根據(jù)電氣結(jié)構(gòu)圖建立的系統(tǒng)中，電源和電機(jī)由SimPowerSystems中的元件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的主電路由交流電源、晶閘管整流器、觸發(fā)器、移相控制環(huán)節(jié)和電機(jī)連接而成?？刂苹芈返闹黧w是速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和反饋濾波器環(huán)節(jié)，它們類似于根據(jù)上述動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的單閉環(huán)系統(tǒng)的仿真。與基于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的仿真相比，該建模方法能使學(xué)生獲得更直觀、更直接的效果。當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)它達(dá)到0.6s時(shí)，它將突然滿載。電動(dòng)機(jī)速度和電流變化的波形如圖4所示。
圖4雙閉環(huán)速度控制系統(tǒng)的輸出仿真曲線
結(jié)合模型和仿真結(jié)果可以看出:(1)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電流迅速上升到一個(gè)大值，這是啟動(dòng)的苐yi階段；然后保持大電流，電機(jī)以恒定的加速度上升到給定的速度，這是第二階段；之后，轉(zhuǎn)速和電流相互調(diào)節(jié)，進(jìn)入第三階段啟動(dòng)，直到系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。從圖中可以清楚地看出，這三個(gè)階段，結(jié)合教學(xué)中的輸出波形說(shuō)明，將大大提高學(xué)生對(duì)雙閉環(huán)DC調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的理解和掌握。(2)在0.4s起動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)，電樞電流下降到0，轉(zhuǎn)速上升到很高并被過(guò)度調(diào)節(jié)，電流被賦予為負(fù)，但晶閘管整流器不能產(chǎn)生反向電流。此時(shí)，電樞電流為0，由于空載起動(dòng)，電機(jī)保持在高轉(zhuǎn)速狀態(tài)，這與帶負(fù)載起動(dòng)有很大不同(3)當(dāng)突然施加負(fù)載時(shí)，速度和電流都將動(dòng)態(tài)變化。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇得不夠好，就會(huì)出現(xiàn)振蕩過(guò)程。
系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖模擬和系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)圖模擬均可用于電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的教學(xué)?？紤]到學(xué)生與仿真軟件的初次接觸和時(shí)間限制等問(wèn)題，在理論教學(xué)中用動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖建模更簡(jiǎn)單、更實(shí)用。電氣結(jié)構(gòu)圖模擬可用于課程設(shè)計(jì)。電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)可根據(jù)工程設(shè)計(jì)方法獲得。學(xué)生使用電力系統(tǒng)模塊庫(kù)中提供的組件來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)并完成系統(tǒng)仿真。< br/ > 4。結(jié)論
將Matlab仿真引入到電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的課堂教學(xué)中，加深了學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的理解，使學(xué)生能夠很好地將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，對(duì)學(xué)生掌握、分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)具有重要作用。
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