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[摘要]本文针对电力拖动系统的过渡过程难以使用实验装置观察的问题，提出了两种基于Matlab的对电力拖动系统进行仿真建模的方法。文中分别使用这两种方法对某电力拖动系统进行了建模仿真，对结果进行了分析比较，结果表明所提出的两种对模拟仿真电力拖动系统的过渡过程都非常有效，有助于学生更好掌握该内容。结果还表明这两种方法各有特点，在使用时应结合学生具体情况进行。
[关键词]电力拖动系统 过渡过程 Matlab 仿真
引言
过渡过程是电力拖动系统的一个重要部分,过渡过程时间及过渡过程中电机各个参数的变化规律是《电机拖动基础》课程的一个重要内容。但是在授课过程中，发现学生对该内容的掌握不足，主要原因在于过渡过程是一个抽象的动态过程，最好能够使用实验装置对其进行观察。但是目前使用实验装置对电机及其拖动系统的动态过程的观察和测试并不理想。因为电机动态过渡过程时间短、且含有很多非线性因素,常规的仪表和示波器难以满足要求,长余辉示波器虽然能观察到部分动态过程,但不能记录;数字存储示波器虽然能很好得观察和记录系过渡过程,但其价格昂贵,投资较大,在本科教学中难以实现。而如果引入仿真软件，通过仿真实验则可以弥补这一缺陷。本文介绍了两种使用Matlab软件来进行过渡过程仿真的方法，结果表明，这两种方法进行过渡过程仿真，效果良好。引入到教学中，必定能够改善过渡过程内容的教学效果。
一、Matlab仿真功能简介
MATLAB是一款功能强大的仿真软件[1]，增加的Power System Blockset(PSB)含有在一定使用条件下的元件模型,包括电力系统网络元件、电机、电力电子器件、控制和测量环节以及三相元件库等,再借助于其它模块库或工具箱,在Simulink环境下,学生可以自主设计拖动系统，对交直流电动机调速、起动、制动实验进行仿真，并观察交直流电动机调速及起制动过渡过程变化情况及稳态数据,仿真的执行过程。促使学生加深对交直流电动机调速概念的理解。
二、电力拖动系统过渡过程分析
电力拖动系统的过渡过程存在于起动、调速、制动过程中，指拖动系统从一个稳态到达另一个稳态的阶段。研究过渡过程对于减小电力拖动系统过渡过程时间，监控过渡过程中电机的各个物理参数有重要意义。目前在《电机拖动基础》课程中，描述过渡过程有两种方法。以他励直流电机为例，第一种方法[2]使用一组微分方程对过渡过程进行数学建模，求得微分方程的解，即可获得过渡过程的过渡时间及各个电机参数在过渡过程中的变化规律。具体步骤如下。
忽略掉拖动系统中他励直流电机的电磁惯性，根据电力拖动系统运动方程式和他励直流电机电枢回路电压平衡方程式可以得到以下方程组：
求解上述方程组即可得到电机转速n在过渡过程中的变化规律n(t)，进而可以得到电磁转矩T，电枢电流Ia的变化规律。
第二种方法[3]则是从控制理论角度出发,将拖动系统看作一个控制系统，在上述微分方程（1）（2）的基础上得到该控制系统的传递函数结构框图，如下图1所示。将电机的转速作为被控对象（电枢电流或者电磁转矩亦可以），给定一个控制量U1，如果整个系统是稳定的，则控制系统经过动态过程后最终达到稳态，其动态过程即是该拖动系统的过渡过程。
图1：拖动系统传递函数框图
三、过渡过程仿真
（一）基于传递函数的过渡过程仿真
某他励直流电机拖动系统的数据如下：PN=3.725kW,UN=240V, IN=16.34A，nN=1750r/min;电枢回路电阻Ra=2.581Ω，电感L=0.028H，拖动一个横转矩负载，TL=20.33N.M，系统转动惯量0.02215kg.m2，粘性摩擦系数0.002953。计算得出CeΦn=0.113,CtΦn=1.079。
在simulink环境下建立该拖动系统的仿真模型,仿真结果如下图2所示。
图2：过渡过程转速响应曲线
（二）基于powerlib库的过渡过程仿真
在simulink环境下选择电机、电源、断路器等元器件为上述拖动系统搭建一个仿真模型,仿真结果如图4,5所示。
图4:过渡过程转速曲線 图5:过渡过程电流曲线
四、结论
本文提出了两种基于Matlab软件的过渡过程的仿真方法，并对某电力拖动系统进行了仿真，仿真结果表明这两种方法均直观的展示了电力拖动系统过程中有关参数的变化规律，有助于学生对拖动系统过渡过程的理解。
第一种方法综合了“自动控制原理”和“电机拖动基础”两门课程的相关内容，在使用这种方法时，不仅要求学生熟悉电力拖动系统过渡过程的相关概念、方法，还要求学生对自动控制系统的相关内容也非常熟悉，但这种方法可以培养学生将拖动系统作为一个控制系统的观念，为后续课程“运动控制系统”打下良好基础。
第二种方法在使用时不需要掌握“自动控制原理”的相关内容，该方法还可以直观形象的展示拖动系统的电源、电机、负载等组成，加深学生对拖动系统的印象，因此推荐使用第二种方法。
“2010年西安工业大学教学改革研究基金项目”(10JGY11)
[参考文献]
[1]汪小平,洪乃刚,范国伟,电机和电力拖动控制系统课程虚拟实验的开发,安徽工业大学学报(社会科学版) [J],2007,24,（5）:131-132.
[2]李发海,王岩编著.电机与拖动基础[M],北京：清华大学出版社.2005,8：90-94
[3]刘锦波,张承慧等编著.电机与拖动[M],北京：清华大学出版社.2006,9：86～88
（作者单位：西安工业大学电信学院 陕西西安）
[关键词]电力拖动系统 过渡过程 Matlab 仿真
引言
过渡过程是电力拖动系统的一个重要部分,过渡过程时间及过渡过程中电机各个参数的变化规律是《电机拖动基础》课程的一个重要内容。但是在授课过程中，发现学生对该内容的掌握不足，主要原因在于过渡过程是一个抽象的动态过程，最好能够使用实验装置对其进行观察。但是目前使用实验装置对电机及其拖动系统的动态过程的观察和测试并不理想。因为电机动态过渡过程时间短、且含有很多非线性因素,常规的仪表和示波器难以满足要求,长余辉示波器虽然能观察到部分动态过程,但不能记录;数字存储示波器虽然能很好得观察和记录系过渡过程,但其价格昂贵,投资较大,在本科教学中难以实现。而如果引入仿真软件，通过仿真实验则可以弥补这一缺陷。本文介绍了两种使用Matlab软件来进行过渡过程仿真的方法，结果表明，这两种方法进行过渡过程仿真，效果良好。引入到教学中，必定能够改善过渡过程内容的教学效果。
一、Matlab仿真功能简介
MATLAB是一款功能强大的仿真软件[1]，增加的Power System Blockset(PSB)含有在一定使用条件下的元件模型,包括电力系统网络元件、电机、电力电子器件、控制和测量环节以及三相元件库等,再借助于其它模块库或工具箱,在Simulink环境下,学生可以自主设计拖动系统，对交直流电动机调速、起动、制动实验进行仿真，并观察交直流电动机调速及起制动过渡过程变化情况及稳态数据,仿真的执行过程。促使学生加深对交直流电动机调速概念的理解。
二、电力拖动系统过渡过程分析
电力拖动系统的过渡过程存在于起动、调速、制动过程中，指拖动系统从一个稳态到达另一个稳态的阶段。研究过渡过程对于减小电力拖动系统过渡过程时间，监控过渡过程中电机的各个物理参数有重要意义。目前在《电机拖动基础》课程中，描述过渡过程有两种方法。以他励直流电机为例，第一种方法[2]使用一组微分方程对过渡过程进行数学建模，求得微分方程的解，即可获得过渡过程的过渡时间及各个电机参数在过渡过程中的变化规律。具体步骤如下。
忽略掉拖动系统中他励直流电机的电磁惯性，根据电力拖动系统运动方程式和他励直流电机电枢回路电压平衡方程式可以得到以下方程组：
求解上述方程组即可得到电机转速n在过渡过程中的变化规律n(t)，进而可以得到电磁转矩T，电枢电流Ia的变化规律。
第二种方法[3]则是从控制理论角度出发,将拖动系统看作一个控制系统，在上述微分方程（1）（2）的基础上得到该控制系统的传递函数结构框图，如下图1所示。将电机的转速作为被控对象（电枢电流或者电磁转矩亦可以），给定一个控制量U1，如果整个系统是稳定的，则控制系统经过动态过程后最终达到稳态，其动态过程即是该拖动系统的过渡过程。
图1：拖动系统传递函数框图
三、过渡过程仿真
（一）基于传递函数的过渡过程仿真
某他励直流电机拖动系统的数据如下：PN=3.725kW,UN=240V, IN=16.34A，nN=1750r/min;电枢回路电阻Ra=2.581Ω，电感L=0.028H，拖动一个横转矩负载，TL=20.33N.M，系统转动惯量0.02215kg.m2，粘性摩擦系数0.002953。计算得出CeΦn=0.113,CtΦn=1.079。
在simulink环境下建立该拖动系统的仿真模型,仿真结果如下图2所示。
图2：过渡过程转速响应曲线
（二）基于powerlib库的过渡过程仿真
在simulink环境下选择电机、电源、断路器等元器件为上述拖动系统搭建一个仿真模型,仿真结果如图4,5所示。
图4:过渡过程转速曲線 图5:过渡过程电流曲线
四、结论
本文提出了两种基于Matlab软件的过渡过程的仿真方法，并对某电力拖动系统进行了仿真，仿真结果表明这两种方法均直观的展示了电力拖动系统过程中有关参数的变化规律，有助于学生对拖动系统过渡过程的理解。
第一种方法综合了“自动控制原理”和“电机拖动基础”两门课程的相关内容，在使用这种方法时，不仅要求学生熟悉电力拖动系统过渡过程的相关概念、方法，还要求学生对自动控制系统的相关内容也非常熟悉，但这种方法可以培养学生将拖动系统作为一个控制系统的观念，为后续课程“运动控制系统”打下良好基础。
第二种方法在使用时不需要掌握“自动控制原理”的相关内容，该方法还可以直观形象的展示拖动系统的电源、电机、负载等组成，加深学生对拖动系统的印象，因此推荐使用第二种方法。
“2010年西安工业大学教学改革研究基金项目”(10JGY11)
[参考文献]
[1]汪小平,洪乃刚,范国伟,电机和电力拖动控制系统课程虚拟实验的开发,安徽工业大学学报(社会科学版) [J],2007,24,（5）:131-132.
[2]李发海,王岩编著.电机与拖动基础[M],北京：清华大学出版社.2005,8：90-94
[3]刘锦波,张承慧等编著.电机与拖动[M],北京：清华大学出版社.2006,9：86～88
（作者单位：西安工业大学电信学院 陕西西安）