辽宁工业大学
实验室开放课题设计（论文）
题目：异步电动机机械特性的MATLAB仿真》
院（系）：电气工程学院
专业班级：自动化 131
学号： 0
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学生姓名：徐峰
指导教师：赵丽丽
起止时间：
摘要
异步电动机以其结构简单、运行可靠、效率较高、成本较低等特点，在日常生活中得到广泛的使用。目前，电动机控制系统在追求更高的控制精度的基础上变得越来越复杂，而仿真是对其进行研究的一个重要手段。MATLAB是一个高级的数学分析和运算软件，可用动作系统的建模和仿真。在分析三相异步电动机物理和数学模型的基础上，应用MATLAB软件简历了相对应的仿真模型；在加入相同的三相电压和转矩的条件下，使用实际电机参数，与MALAB给定的电机模型进行了对比仿真。
第一章对异步电机的实验要求做出了相关的描述，第二章对MATLAB仿真软件做了一定的介绍，第三章是对异步电动机的机械特性、启动、制动和正反转进行理论分析和仿真模拟以及仿真结果的分析。
经分析后，表明模型的搭建是合理的。因此，本设计将结合MATLAB的特点，对三相异步电机进行建模和仿真，并通过实际的电动机参数，对建立的模型进行了验证。
关键词：异步电机、数学模型、MATLAB仿真、三相异步电动机
目录
第1章实验任务及要求 (1)
第2章 MATLAB及SIMULINK的介绍 (2)
MATLAB介绍 (2)
S IMULINK模块的介绍 (3)
第3章仿真实验 (4)
三相异步电动机的机械特性 (4)
三相异步电动机起动的仿真 (6)
三相异步电动机制动仿真 (8)
三相异步电动机正反转仿真 (10)
第4章总结 (12)
参考文献 (13)
附录 (14)
第1章 实验任务及要求
《异步电动机机械特性的MATLAB 仿真》即电机拖动仿真实验平台的设计，包含的设计内容：①异步电动机的固有特性和人为特性的仿真；②异步电动机起动、制动、调速的仿真。
实验数据及实验内容：
1、一台三相异步电动机定子绕组为Y 联结，额定电压为V U N 380=，额定转速为m in /975r n N =，电源频率为工频50HZ ，定子绕组Ω=08.21r ，定子漏电抗
Ω=12.31x ，转子电阻折算值Ω='53.12r ，转子漏电抗折算值为Ω='25.42
x 。 2、三相异步电动机仿真实验项目，包含固有机械特性、人为特性曲线的绘制、电动机起动模型的建立、电动机制动仿真模型的建立、异步电动机正反转及调速模型的建立等方面。
设计任务及要求：
① 完成三相异步电动机固有机械特性的绘制，改变定子电压和改变转子电阻时的人为特性曲线的绘制，要求电压从额定电压开始下降每次降低25%，共两次，转子串电阻每次串Ω，共4次。要求编写M 文件程序，分别得出两种人为特性曲线，每个特性曲线中均要包括固有机械特性的绘制。
② 三相异步电动机起动的仿真，建立三相异步电动机直接起动和转子串联电阻起动的仿真模型，给出电动机转速、电磁转矩和定、转子电流随时间变化的曲线。
③ 三相异步电动机制动的仿真，建立能耗制动模型，给出电动机转速、电磁转矩和定、转子电流随时间变化的曲线。
④ 建立三相异步电动机正反转的仿真模型，给出转速、电磁转矩和定、转子电流的变化曲线。
第2章MATLAB及Simulink的介绍
2.1 MATLAB介绍
八十年代以来，计算机仿真成为交流电机及其调速系统分析，研究和设计的有利工具。应用计算机的仿真技术，我们可以用软件建立起电机及其传动、控制的仿真模型，再以这个模型在计算机内人为模拟的环境或条件下的运行研究，替代真实电机在实际场合下的运行实验，既可得到可靠的数据，又节约了研究的时间及费用。MATLAB是美国Mathworks公司自1984年推出的一种使用简便的工程计算语言，它以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个交互的工作环境中，在这里可以实现工程计算、算法研究、建模与仿真、数据分析及可视化、科学和工程绘图、应用程序开发（包括图形用户界面设定）等等功能，而且，MATLAB 提供的工具箱为各行各业的用户提供了丰富而实用的资源。
MATLAB 语言具有以下特点：
功能强大
MATLAB不但在数值计算和符号计算方面具有强大的功能，而且在计算结果的分析和数据可视化方面也有着其他类似软件难以匹敌的优势。此外， MATLAB的Notebook为用户提供了把数学和文字进行统一处理的功能， MATLAB的SIMULINK功能则将而其应用扩展到各行各业的仿真领域。不仅如此，公司更推出了针对各专业应用的MATLAB工具箱。
界面友好、编程效率高
MATLAB是一种以矩阵计算为基础的程序设计语一言，其指令表达方式与标准教科书的数学表达式非常接近。用户不需要有较高的计算机编程基础，只要按照计算要求输入表达式，MATLAB将为用户计算出结果。此外，使用语言设计的程序，其编译和执行速度远远超过了传统的C语言设计的程序，可以说，MATLAB在工程计算方面的编译效率远远高于其它编程语言。
扩展性强
MATLAB的重要特点之一就是其可扩展性，这个特点使得用户能够自由地开发自己的应用程序，这些年来，许多使用MATLAB的数学家、工程师和科学家已经开发出相当多的不同应用领域的应用程序。MATLAB的这些特点使它获得了对应用学科，特别是对边缘学科和交叉学科的极强的适应能力，并很快成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真以及教学等不可缺少的基础软件。
2.2 Simulink模块的介绍
Simulink是MATLAB下的面向结构图方式的仿真，对于结构复杂的控制系统，要快速地建立系统模型是较为困难的，Mathworks公司所提供的这种图形化方式的对系统建模和仿真的工具用户带来了极大的方便。Simulink与用户交互接口是基于Windows的图形编辑方法，因此非常易于接受，使用十分灵活方便。目前Simulink作为MATLAB的重要组成部分，已经成为了仿真研究的重要工具。
Simulink是实现动态系统建模和仿真的集成环境，其主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析，从而可以在实际系统作出之前，预先对系统进行仿真仿真与分析，并可以对系统作适当的实时修改或者按照仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数，以提高系统的性能，减少设计系统过程中反复修改的时间，实现高效率地开发系统的目标。
启动SIMULINK只需在MATLAB的命令窗口键人“SIMULNIK”命令，此时出现一个SIMULINK窗口。这个窗口包含7个模块库，它们分别是信号源模块库(sources)、输出模块库(Sinks)、离散模块库(Diserete)、线性模块库(Linear)、非线性模块库(Nonlinear)、连接与接口模块库(Connections)和扩展模块库(Extrax)。
建立一个控制系统结构框图,则应选择文件(File)中的新文件(New)菜单项，这样SIMULINK就会自动打开一个空白的模块编辑窗口，允许用户输人自己的模块框图。只要从各模块库中取出模块，定义好模块参数。将各模块连接起来，然后设置系统参数，如仿真时间、仿真步长和计算方法等。模块的取出可以采用在模块库中选中模块后拖动到编辑窗口的复制方法。连接两个模块是相当容易，简单地用鼠标左键先点一下起点模块的输出端（三角符号），然后拖动鼠标器。这时就会出现一条带箭头的直线，将它的箭头拉到终点模块的输入端再释放鼠标左键，则SIMULNIK会自动产生一条带箭头的连线，将两个模块连接起来。如果连线出现错误，可以使用鼠标左键选中该线，然后再使用Edit中cut命令将该线删除掉。定义模块参数采取用鼠标左键双击模块图标的办法，即可得到模块参数设置对话框。
选择Start命令可以启动仿真程序，在仿真结束时，计算机会用声音给予提示，可以通过虚拟示波器Scope观察系统仿真结果输出。把Scope连接到任何你想观测的点，调整好Scope的扫描量程与显示幅值量程，同时调整 Scope的窗口大小及位置，观察系统的仿真过程。
众所周知，现代运动控制系统中的交流异步电动机本身就是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。这里从静止两相坐标系下的鼠笼异步电动机模型出发，推导出基于定子磁链磁场定向的电动机模型，并采用MATLAB/ SIMULNIK实现。
第3章 仿真实验
3.1 三相异步电动机的机械特性
本章主要研究三相异步电动机的机械特性。三相异步电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性，与直流电动相同，三相异步电动机的机械特性也是指其转速与转矩间的关系)(T f n =。其表达式可以分为三种，分别是物理表达式、参数表达式、实用表达式。
在本次三相异步电动机机械特性的绘制仿真试验中，采用异步电动机的机械特性参数表达式（3-1-2）。
根据仿真实验要求：
完成三相异步电动机固有机械特性的绘制，改变定子电压和改变转子电阻时的人为特性曲线的绘制，要求电压从额定电压开始下降每次降低20%，共两次，转子串电阻每次串Ω，共4次。要求编写M 文件程序，分别得出两种人为特性曲线，每个特性曲线中均要包括固有机械特性的绘制。
根据实验参数：
额定电压为V U N 380=，额定转速为m in /975r n N =，电源频率为工频50HZ ，定子绕组Ω=08.21R ，定子漏电抗Ω=12.31X ，转子电阻折算值Ω=53.12R ，转子漏电抗折算值为Ω=25.42X 。
在M 文件中写出程序及相应的参数。
改变定子电压的人为机械及其固有机械特性曲线如下图3-1，M 文件程序见附录。
n
s n n
n S -
=
2
2
122122
1
)((X X S
R R S
R U m T s +++Ω=
φ
图 3-1 异步电动机的固有及改变定子电压曲线图
如图所示，当供电电网电压降低时，最大转矩m ax T 及其启动转矩st T 与2
φU 成正比的降低；m S 与φU 的降低无关；由于同步转速P f n s /601=，因此s n 也保持不变。
改变转子电阻时的人为机械特性及其固有机械特性曲线如下图3-2，M 文件程序见附录。
图 3-2异步电动机固有及其转子串电阻曲线图
如图所示，当转子电阻增加时，最大转矩m ax T 不变；由于同步转速
P f n s /601=，因此s n 也保持不变；m S 随2R 的增大二增大， st T 先增大后减小。
3.2三相异步电动机起动的仿真
三相异步电动机起动的仿真，建立三相异步电动机直接起动和转子串联电阻起动的仿真模型，给出电动机转速、电磁转矩和转子电流随时间变化的曲线。用MATLAB/Simulink对绕线式转子异步电动机直接启动和转子串电阻启动时的启动过程建模并且仿真。其中三相异步电动机的参数为380V、50Hz、1500r/min，三相电源的参数为380V 50Hz，转子串联启动加的电阻值为1 。通过示波器scope 输出的电动机转速、电磁转矩和转子电流的时间变化曲线进行分析。启动仿真模型如下：
图 3-3 绕线异步电动机直接启动仿真模型
图 3-4绕线异步电动机转子串电阻启动仿真模型
在运行仿真之后，从示波器Scope中得到异步电动机启动过程的B相转子电流、转速以及转矩的变化曲线，如下图3-5，图3-6。
图 3-5 转子不串电阻的电流、转速及转矩图
图 3-6 转子串电阻的电流、转速及转矩图
由图3-5与图3-6比较分析可以得出这样的结论，三相异步电机在直接启动转子不串电阻的情况下，其转子电流非常的大，可能会损坏电动机，发生事故，带来不必要的麻烦，当在转子一侧串联1 电阻的情况下，可以减小转子侧的电流，降低危险。直接启动达到稳定时间大约为,转子串电阻启动达到稳定的时间大约为5s，可以得出转子串电阻启动时间比直接启动用时要长一些，但转子串电阻启动，异步电动机启动的稳定性相对直接启动的稳定性要高，安全性能好。
3.3三相异步电动机制动仿真
三相异步电动机制动的仿真，建立能耗制动模型。三相异步电动机能耗制动的电路图如图3-7。三相异步电动机在三相电的运行条件下，为了迅速停车，触电进行换接，即当三相电源断开，电动机脱离电网时，立即将直流电源接通，则在定子两相绕组内通入直流电流，在定子内形成一个固定磁场。
当转子由于惯性而仍在旋转时其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及转子电流。根据左手定则，可确定出转矩方向与转速方向相反，即为制动转矩。用MATLAB/Simulink建立三相异步电动机能耗制动模型如图3-8，三相电源为460V 60Hz，直流电源为80V，串的电阻为1 其中电动机的参数设置如下图3-7。
图3-7 三相异步电动机参数设置
图3-8 三相异步电动机能耗制动的仿真模型
双击示波器得到输出的电流、转速和转矩的输出波形图，如图3-9所示：
图 3-9 三相异步电动机转子电流、转速及转矩图
三相异步电动机能耗制动仿真结果如上图3-9，从上图3-9可以看出，在一秒前电动机正常启动，在1s时三相电源断开，单向开关闭合，在AB两相上加入直流电，三相异步电动机进入能耗制动状态。这里的开关Breaker的闭合和断开，c入端为1时闭合，为0时断开。由阶跃型号Step来控制，三相交流电与直流电的换接时间为1s时，两个阶跃信号触发器Step参数设置如下图3-10，左边为三相电的Breaker控制关断参数，右边为直流电的Breaker控制关断参数。
图3-10 Step参数设置
转速和电磁转矩基本符合理论关系。如图在1s前三相异步电动机启动并达到稳定运行的状态，转速达到1750r/min，在达到1s时三相电源在阶跃信号触发器Step的作用下断开，直流电接入AB两相，三相异步电动机如图开始进入能耗制动状态，在两秒时，电动机几乎停止转动，完成制动。
3.4三相异步电动机正反转仿真
三相异步电动机的正反转由输入的三相交流电源有关，当规定好电动机的旋转正反方向时，改变三相电源其中的A和B两相电源位置就可以实现电动机的反转。三相异步电动机正反转仿真图如图3-9所示，C相电压方向不变，通过阶跃函数触发器step控制开关的接通与关断从而实现AB两相电压方向的改变，来实现三相异步电动机的正方转。这里我还是运用阶跃信号触发器Step和可控制的Breaker开关来改变AB两相电的位置，也就是将Breaker的三相电AB输出换接三相异步电动机的BA两相实现电动机的正反转。
用MATLAB/Simulink建立三相异步电动机正反转仿真模型如图3-11，三相电源为460V 60Hz，电动机的参数与能耗制动时的三相异步电动机的参数相同。
图 3-11 三相异步电动机正反转仿真
在1s之前，电动机正常启动，如图3-12在处达到额定转速1750r/min，电流及转矩都变为0，在1s时三相电源输出的AB两相在阶跃信号触发器Step和Breaker的联合作用下变为BA，如图3-12，,在1s时AB两相交换位置电动机开始反转
在运行仿真之后，从示波器Scope中得到异步电动机启动过程的B相转子电流、转速以及转矩的变化曲线，如下图3-12。
图 3-12 异步电动机正反转电流、转速以及转矩图
通过图3-12可以很直观的看出，转速方向以及转矩方向都发生了反相变化，更佳确切的验证了，三相异步电动机要想使其反向旋转，只需更改三相电源其中的两相电源位置，就可以实现电动机的反转。从图3-10可知三相异步电动机在正反转时转矩方向也相应发生了变化。
这里的三相交流AB两相换接位置时间为1s时，两个阶跃信号触发器Step 参数设置如下图3-13所示：
图 3-13 正反转Step参数设置
开关Breaker的闭合和断开，c入端为1时闭合，为0时断开，由阶跃型号Step来控制。控制输入电压方向，从而实现三相异步电动机的正反转。
第4章总结
本次开放性实验设计基本完成了预计的任务，对于三相异步电动机的相关知识有了很好的掌握与思考。经过半个月多的努力，我在异步电动机的工作特性方面做了较深入的学习，并完成了相关系统的仿真图。现阶段已完成的工作及取得的成果主要有：
(1)、研究三相异步电动机的机械特性曲线，在MATLAB中编程，并对异步电动机的机械特性进行仿真。
(2)、研究三相异步电动机的起动特性曲线，在MATLAB下的SIMULINK中绘制三相异步电动机起动仿真模型，并对其进行仿真。
(3)、研究三相异步电动机的制动特性曲线，在MATLAB下的SIMULINK中绘制三相异步电动机调速仿真模型，并对其进行仿真。
(4)、研究三相异步电动机的正反转特性曲线，在MATLAB下的SIMULINK中绘制三相异步电动机制动仿真模型，并对其进行仿真。
本人查阅了大量国内外关于电动机系统仿真的技术文献，对当前MATLAB的仿真模拟在电动机（组）系统中运用的研究和发展状况进行了综述，本文在电动机系统的仿真上做了许多的工作，实现了对三相异步电动机各工作特性的分析与仿真。这种方法的优点是速度快，实时性好，费用低。当然，大量的文献还介绍了其他的仿真、分析的方法。
论文在借鉴前人研究的经验和教训的基础上，对三相异步电动机各工作特性的进行了MATLAB仿真。接下来还有许多工作要做，而且还要用MATLAB对更多的电动机工作特性进行仿真，把它们的仿真结果与实际的运行状况作对比，研究出更贴合实际的仿真过程。整个异步电动机工作特性仿真的设计是一项非常复杂的工作，而且其中的程序设计、数学建摸等涉及知识面广，由于本人水平有限，论文中存在缺陷和错误在所难免，敬请老师批评指正。
参考文献
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型及性能研究[J]. 大电机技术, 2006(6):34-37.
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2015(8).
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[12] 吴海燕, 李锦全, 陈育中. 三相异步电机正反转PLC控制电路设计[J]. 江
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[13] 吴玉香, 李艳, 刘华,等. 电机及拖动[M]. 化学工业出版社, 2013.
[14] 吕爱华. 电机及拖动[M]. 北京师范大学出版社, 2011.
附录
一．异步电动机的固有及其改变定子电压机械特性曲线程序
m1=3;U=380;ns=1000;Os=2*pi*ns/60;
R1=;R2=;X1=;X2=;
n=0::1000;
T=0::300;
T=(m1./Os).*(U.^2.*R2.*ns./(ns-n))./((R1+R2.*ns./(ns-n)).^2+(X1+X2). ^2);
plot(T,n)
hold on
U1=*U;
n=0::1000;
T=0::300;
T=(m1./Os).*(U1.^2.*R2.*ns./(ns-n))./((R1+R2.*ns./(ns-n)).^2+(X1+X2) .^2);
plot(T,n)
hold on
U2=*U1;
n=0::1000;
T=0::300;
T=(m1./Os).*(U2.^2.*R2.*ns./(ns-n))./((R1+R2.*ns./(ns-n)).^2+(X1+X2) .^2);
plot(T,n)
二．异步电动机的固有及其改变转子电阻机械特性曲线程序
m1=3;U=380;ns=1000;Os=2*pi*ns/60;
R1=;R2=;X1=;X2=;
n=0::1000;
T=0::300;
T=(m1./Os).*(U.^2.*R2.*ns./(ns-n))./((R1+R2.*ns./(ns-n)).^2+(X1+X2). ^2);
plot(T,n)
hold on
R21=R2+;
n=0::1000;
T=0::300;
T=(m1./Os).*(U.^2.*R21.*ns./(ns-n))./((R1+R21.*ns./(ns-n)).^2+(X1+X2 ).^2);
plot(T,n)
hold on
R22=R21+;
n=0::1000;
T=0::300;
T=(m1./Os).*(U.^2.*R22.*ns./(ns-n))./((R1+R22.*ns./(ns-n)).^2+(X1+X2 ).^2);
plot(T,n)
hold on
R23=R22+;
n=0::1000;
T=0::300;
T=(m1./Os).*(U.^2.*R23.*ns./(ns-n))./((R1+R23.*ns./(ns-n)).^2+(X1+X2 ).^2);
plot(T,n)
hold on
R24=R23+;
n=0::1000;
T=0::300;
T=(m1./Os).*(U.^2.*R24.*ns./(ns-n))./((R1+R24.*ns./(ns-n)).^2+(X1+X2 ).^2);
plot(T,n)￥
Matlab通信原理仿真 学号： 2142402 姓名：圣斌
实验一Matlab 基本语法与信号系统分析 一、实验目的： 1、掌握MATLAB的基本绘图方法； 2、实现绘制复指数信号的时域波形。 二、实验设备与软件环境： 1、实验设备：计算机 2、软件环境：MATLAB R2009a 三、实验内容： 1、MATLAB为用户提供了结果可视化功能，只要在命令行窗口输入相应的命令，结果就会用图形直接表示出来。 MATLAB程序如下： x = -pi::pi; y1 = sin(x); y2 = cos(x); %准备绘图数据 figure(1); %打开图形窗口 subplot(2,1,1); %确定第一幅图绘图窗口 plot(x,y1); %以x，y1绘图 title('plot(x,y1)'); %为第一幅图取名为’plot(x,y1)’ grid on; %为第一幅图绘制网格线 subplot(2,1,2) %确定第二幅图绘图窗口 plot(x,y2); %以x，y2绘图 xlabel('time'),ylabel('y') %第二幅图横坐标为’time’,纵坐标为’y’运行结果如下图： 2、上例中的图形使用的是默认的颜色和线型，MATLAB中提供了多种颜色和线型，并且可以绘制出脉冲图、误差条形图等多种形式图： MATLAB程序如下： x=-pi:.1:pi; y1=sin (x); y2=cos (x); figure (1); %subplot (2,1,1); plot (x,y1); title ('plot (x,y1)'); grid on %subplot (2,1,2); plot (x,y2);
三相异步电机的转矩特性与机械特性 1．电磁转矩（简称转矩） 异步电动机的转矩T 是由旋转磁场的每极磁通Φ与转子电流I 2相互作用而产生的。电磁转矩的大小与转子绕组中的电流I 及旋转磁场的强弱有关。 经理论证明，它们的关系是： 22cos T T K I ?=Φ （5-4） 其中 T 为电磁转矩 K T 为与电机结构有关的常数 Φ为旋转磁场每个极的磁通量 I 2为转子绕组电流的有效值 ?2为转子电流滞后于转子电势的相位角 若考虑电源电压及电机的一些参数与电磁转矩的关系，（5-4）修正为： 22122220()T sR U T K R sX '=+ （5-5） 其中 T K '为常数 U 1为定子绕组的相电压 S 为转差率 R 2为转子每相绕组的电阻 X 20为转子静止时每相绕组的感抗 由上式可知，转矩T 还与定子每相电压U 1的平方成比例，所以当电源电压有所变动时，对转矩的影响很大。此外，转矩T 还受转子电阻R 2的影响。图4-15为异步电动机的转矩特性曲线。 2．机械特性曲线 图 5-5 三相异步电动机的机械特性曲线 在一定的电源电压U 1和转子电阻R 2下，电动机的转矩T 与转差率n 之间的n n m (a) T =f (s )曲线
关系曲线T=f(s)或转速与转矩的关系曲线n=f(T)，称为电动机的机械特性曲线，它可根据式（5-4）得出，如图5-5所示。 在机械特性曲线上我们要讨论三个转矩： 1）．额定转矩T N 额定转矩T N 是异步电动机带额定负载时，转轴上的输出转矩。 29550N P T n = （5-6） 式中P 2是电动机轴上输出的机械功率，其单位是瓦特，n 的单位是转/分，T N 的单位是牛·米。 当忽略电动机本身机械摩擦转矩T 0时，阻转矩近似为负载转矩T L ，电动机作等速旋转时，电磁转矩T 必与阻转矩T L 相等，即T = T L 。额定负载时，则有T N = T L 。 2）．最大转矩T m T m 又称为临界转矩，是电动机可能产生的最大电磁转矩。它反映了电动机的过载能力。 最大转矩的转差率为S m ，此时的S m 叫做临界转差率，见图5-5（a ） 最大转矩Tm 与额定转矩T N 之比称为电动机的过载系数λ，即 λ= Tm / T N 一般三相异步的过载系数在1.8~2.2之间。 在选用电动机时，必须考虑可能出现的最大负载转矩，而后根据所选电动机的过载系数算出电动机的最大转矩，它必须大于最大负载转矩。否则，就是重选电动机。 3）．起动转矩T st ， T st 为电动机起动初始瞬间的转矩，即n=0，s ＝１时的转矩。 为确保电动机能够带额定负载起动，必须满足：T st >T N ，一般的三相异步电动机有T st /T N =1~2.2。 3．电动机的负载能力自适应分析 电动机在工作时，它所产生的电磁转矩T 的大小能够在一定的范围内自动调整以适应负载的变化，这种特性称为自适应负载能力。 2 L T n S I T ↑?↓?↑?↑?↑直至新的平衡。此过程中，2I ↑时，1 I ↑? 电源提供的功率自动增加。
三相异步电动机的机械特性 （一）机械特性方程 1）物理表达式：T=CTФmI2’ cosф2 (T是电磁作用的结果) 2）参数表达式： 3) 工程表达式： ——外施电源电压； ——电源频率； ——电机定子绕组参数； ——电机转子绕组参数。 （二）固有机械特性曲线 1．形状(根据工程表达式来说明) AB段（s较大）：为双曲线，T与S成反比。 BO段(s很小)：为直线，T与S 成正比。
2．起动点A，n=0,S=1， 起动转矩倍数KT=TS/TN 一般取0.8~1.8 3.临界点B 临界转差率只与转子电阻有关. 取0.1~0.2 最大转矩与电源电压UI2有关。 过载能力λ=Tm/TN 取1.6~2.2 4.同步点O n=n1 T=0 (理想的空载转速，旋转磁场的转速 ) 5.额定点C 0< SN 2、转子串电阻的人为机械特性——“变软” 当转子回路串电阻时，同步点不变，Sm与转子电阻成正比，转速随电阻增加而减小，最大转矩Tm保持不变，在一定范围内起动转矩有所增加，其特性曲线（红色）所示 3、降低定子电压频率的人为机械特性——“变小” 降低定子电压频率时，同步转速随之下降，从而使得电机转速下降，但特性的硬度基本保持不变。 电动机在工作时要求主磁通保持不变，因此在降低频率的同时，定子电压也要随之降低。 实验二、三相鼠笼异步电动机的工作特性及参数测定 一、实验目的 1、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。 2、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。 3、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。 二、预习要点 1、异步电动机的工作特性指哪些特性？ 2、异步电动机的等效电路有哪些参数？它们的物理意义是什么？ 3、工作特性和参数的测定方法。 三、实验项目 1、测量定子绕组的冷态电阻。 2、空载实验。 3、短路实验。 4、负载实验。 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D33、D32、D34-3、D31、D42、D51 三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。 3、测量定子绕组的冷态直流电阻。 将电机在室放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁心的温度。当所测温度与冷却介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。 利用万用表测定绕组电阻，记录下表 表4-3 4、空载实验 1) 按图4-3接线。电机绕组为Δ接法(U N=220V)，直接与测速发电机同轴联接，负载电机DJ23不接。 2) 把交流调压器调至电压最小位置，接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。并使电机旋转方向符合要求( 如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源)。 3) 保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。 图4-3 三相鼠笼式异步电动机试验接线图 4) 调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大 为止。在这围读取空载电压、空载电流、空载功率。 5) 在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7～9 组记录于表4-4中。 表4-4 5、短路实验 1) 测量接线图同图4-3。用制动工具把三相电机堵住。制动工具可用DD05上的圆盘固定在电机轴上，螺杆装在圆盘上。 2) 调压器退至零，合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至短路电 流到1.2倍额定电流，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。 3) 在这围读取短路电压、短路电流、短路功率。 表4-5 4) 共取数据5～6组记录于表4-5中。 《Matlab与通信仿真》实验指导书(上) 刘毓杨辉徐健和煦黄庆东吉利萍编著 通信与信息工程学院 2011-1 目录 第一章 MALTAB基础知识 (1) 1.1MATLAB基础知识 (1) 1.2MATLAB基本运算 (2) 1.3MATLAB程序设计 (7) 第二章 MATLAB计算结果可视化和确知信号分析 (13) 2.1计算结果可视化 (13) 2.2确知信号分析 (17) 第三章随机信号与数字基带仿真 (23) 3.1基本原理 (23) 3.2蒙特卡罗算法 (30) 第四章模拟调制MATLAB实现 (34) 4.1模拟调制 (34) 4.2信道加性高斯白噪声 (35) 4.3AM调制解调的MATLAB实现 (36) 第五章模拟信号的数字传输 (45) 5.1脉冲编码调制 (45) 5.2低通抽样定理 (45) 5.3均匀量化原理 (46) 5.4非均匀量化 (48) 第六章数字频带传输系统 (52) 6.1数字频带传输原理 (52) 6.2数字频带传输系统的MATLAB实现 (53) 第七章通信系统仿真综合实验 (67) 7.1基本原理 (67) 7.2实验内容 (67) 第一章 MALTAB基础知识 本章目标 ●了解MATLAB 程序设计语言的基本特点，熟悉MATLAB软件运行环境 ●掌握创建、保存、打开m文件及函数的方法 ●掌握变量等有关概念，具备初步的将一般数学问题转化为对应的计算机模型并进行处理的能力 1.1 MATLAB基础知识 1.1.1 MATLAB程序设计语言简介 MATLAB，Matrix Laboratory的缩写，是由MathWorks公司开发的一套用于科学工程计算的可视化高性能语言，具有强大的矩阵运算能力。与大家常用的Fortran和C等高级语言相比，MATLAB的语法规则更简单，更贴近人的思维方方式，被称为“草稿纸式的语言”。MATLAB软件主要由主包、仿真系统（simulink）和工具箱（toolbox）三大部分组成。 1.1.2 MATLAB界面及帮助 MATLAB基本界面如图1-1所示，命令窗口包含标题栏、菜单栏、工具栏、命令行区、状态栏、垂直和水平波动条等区域。 图1-1 MATLAB基本界面 （1）菜单栏 三相异步电动机的优缺点 1、三相异步电动机的优点 三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三 相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连 接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。 2、异步电动机存在的缺点 2.1笼型感应电动机存在下列三个主要缺点。 （1）起动转矩不大，难以满足带负载起动的需要。当前社会上解决该问题的多数办法是提高电动机的功率容量（即增容）来提高其起动转矩，这就造成严重的“大马拉小车”，既增加购买设备的投资，又在长期的应用中因处于低负荷运行而浪费大量电量，很不经济。第二种办法是增购液力偶合器，先让电动机空载起动，在由液力偶合器驱动负载。这种办法同样要增加添购设备的投资，并因液力偶合器的效率低于97%，因此至少浪费3%的电能，因而整个驱动装置的效率很低，同样浪费电量，更何况添加液力偶合器之后，机组的运行可靠性大大下降，显著增加维护困难，因此不是一个好办法。 （2）大转矩不大，用于驱动经常出现短时过负荷的负载，如矿山所用破碎机等时，往往停转而烧坏电动机。以致只能在轻载状况下运行，既降低了产量又浪费电能。 （3）起动电流很大，增加了所需供电变压器的容量，从而增加大量投资。另一办法是采用降压起动来降低起动电流，同样要增加添购降压装置的投资，并且使本来就不好的起动特性进一步恶化。 2.2 绕线型感应电动机 绕线性感应电动机正常运行时，三相绕组通过集电环短路。起动时，为减小起动电流，转子中可以串入起动电阻，转子串入适当的电阻，不仅可以减小起动电流，而且由于转子功率因数和转子电流有功分量增大，起动转矩也可增大。这种电动机还可通过改 变外串电阻调速。绕线型电动机虽起动特性和运行特性兼优，但仍存在下列缺点：）由于转子上有集电环和电刷，不仅增加制造成本，并且降低了起动和运行的可 补充内容：模拟调制系统的MATLAB 仿真 1.抽样定理 为了用实验的手段对连续信号分析，需要先对信号进行抽样（时间上的离散化），把连续数据转变为离散数据分析。抽样（时间离散化）是模拟信号数字化的第一步。 Nyquist 抽样定律：要无失真地恢复出抽样前的信号，要求抽样频率要大于等于两倍基带信号带宽。 抽样定理建立了模拟信号和离散信号之间的关系，在Matlab 中对模拟信号的实验仿真都是通过先抽样，转变成离散信号，然后用该离散信号近似替代原来的模拟信号进行分析的。 【例1】用图形表示DSB 调制波形)4cos()2cos(t t y ππ= 及其包络线。 clf %%计算抽样时间间隔 fh=1;%%调制信号带宽(Hz) fs=100*fh;%%一般选取的抽样频率要远大于基带信号频率，即抽样时间间隔要尽可能短。 ts=1/fs; %%根据抽样时间间隔进行抽样，并计算出信号和包络 t=(0:ts:pi/2)';%抽样时间间隔要足够小，要满足抽样定理。 envelop=cos(2*pi*t);%%DSB 信号包络 y=cos(2*pi*t).*cos(4*pi*t);%已调信号 %画出已调信号包络线 plot(t,envelop,'r:','LineWidth',3); hold on plot(t,-envelop,'r:','LineWidth',3); %画出已调信号波形 plot(t,y,'b','LineWidth',3); axis([0,pi/2,-1,1])% hold off% xlabel('t'); %写出图例 【例2】用图形表示DSB 调制波形)6cos()2cos(t t y ππ= 及其包络线。 clf %%计算抽样时间间隔 fh=1;%%调制信号带宽(Hz) fs=100*fh;%抽样时间间隔要足够小，要满足抽样定理。 ts=1/fs; %%根据抽样时间间隔进行抽样 三相异步电动机的运行特性 摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用 5.1三相异步电动机的运行特性 三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩 与转子转速之间的关系。由于转子转速与同步转速、转 差率存在下列关系，即 （5.1） 则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速 和转差率，横坐标表示电磁转矩。 三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 5.1.1机械特性的物理表达式 由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为 （5.2）式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数； 为三相异步电动机的气隙每极磁通量； 为转子电流的折算值； 为转子电路的功率因数； 式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。 仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩 与转差率之间的变化规 律。要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功率 因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。现分析如表5.1所示。 根据表5.1中的分析，可作出曲线、和 分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲 线。曲线分为两段：当较小时(),变化不大，， 与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线， 电磁转矩 较大时 ()，如，减少近一 称为直线部分；当 半，很小，尽管转子相电流增大，有功电 不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段， 流 段为曲线段，称为曲线部分。由此分析知，三相异步电动机的机械特下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的 性在某转差率 转矩为 称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。 5.1.2机械特性的参数表达式 1.参数表达式的推导： 第8章三相异步电动机的工作特性和参数测定 原理简述 一、基本方程式和等效电路 异步电机定子绕组所产生的旋转磁场，以转差速度切割转子导体，在转子导体中感应电势，产生电流，转子导体中的电流与定子旋转磁场相互作用而产生电磁转矩，使转子旋转。当转子的 转速与定子旋转磁场的转速相等时，定、转子之间没有相对切割，转子中就没有电流，也就不能产生转矩。因此转子的转速一定要异于磁场的转速，故称异步电机。由于异步而产生的转 矩称为异步转矩。当时，为电动机运行；时为发电机运行；当即转子逆着磁场方向旋转时，它是制动运行。异步电机绝大多数都是作为电动机运行。其转矩和转速（转差率）曲线，如图8-1所示。 由《电机学》中可知，将转子边的量经过频率折算和绕组折算，可得到异步电机的基本方程式为： 式中转差率是异步电机的重要运行参数，为折算到定子一边的转子参数，也就是从定子上测得转子方面的数值。 由方程式可以画出相应的等效电路，如图8-2所示。 当异步电动机空载时，，。附加电阻。图8-2中转子回路相当 开路；当异步电动机堵转时，，，附加电阻，图8-2转子回路相当短路，这就和变压器完全相同。因此异步电机也可以通过空载实验和堵转（短路）实验来求出异步电机的等效电路中的各参数。 二、空载实验 由空载实验可以求得励磁参数，以及铁耗和机械损耗。实验是在转子轴上 不带任何机械负载，转速，电源频率的情况下进行的。用调压器改变试验电压 大小，使定子端电压从逐步下降到左右，每次记录电动机的端电压、 空载电流和空载功率，即可得到异步电动机的空载特性，如图8-3所示。 图 8-3 空载特性图 8-4 铁耗和机械耗分离 空载时，电动机的输入功率全部消耗在定子铜耗、铁耗和转子的机械损耗上。所以从空载功 率中减去定子铜耗，即得铁耗和机械耗之和，即 式中为定子绕组每相电阻值，可直接用双臂电桥测得。 机械损耗仅与转速有关而与端电压无关，因此在转速变化不大时，可以认为是常数。 10.3 节 一、填空题 1、异步电动机的电磁转矩是由和共同作用产生的。 2、三相异步电动机最大电磁转矩的大小与转子电阻r2 值关，起动转矩的大小与转子电阻r2 关。 （填有无关系） 3、一台线式异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的旋转磁场转速，转差率，转速，最大电磁转矩，过载能力，电磁转矩。 4、若三相异步电动机的电源电压降为额定电压的0.8 倍，则该电动机的起动转矩T st =?T stN 。 5、一台频率为f1= 60Hz 的三相异步电动机，接在频率为50Hz 的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的，起动转矩变为原来的。 6、若异步电动机的漏抗增大，则其起动转矩，其最大转矩。 7、绕线式异步电动机转子串入适当的电阻，会使起动电流，起动转矩。 二、选择题 1、设计在f1= 50Hz 电源上运行的三相异步电动机现改为在电压相同频率为60Hz 的电网上，其电动机的（）。 （A）T st 减小，T max 减小，I st 增大（B）T st 减小，T max 增大，I st 减小 （C）T st 减小，T max 减小，I st 减小（D）T st 增大，T max 增大，I st 增大 2、适当增加三相绕线式异步电动机转子电阻r2时，电动机的（）。 （A）I st 减少, T st 增加, T max 不变, s m 增加（B）I st 增加, T st 增加, T max 不变, s m 增加 （C）I st 减少, T st 增加, T max 增大, s m 增加（D）I st 增加, T st 减少, T max 不变, s m 增加 3、一台运行于额定负载的三相异步电动机，当电源电压下降10%，稳定运行后，电机的电磁转矩（）。（A）T em =T N （B）T em = 0.8T N （C）T em = 0.9T N （D）T em >T N 4、一台绕线式异步电动机，在恒定负载下，以转差率s 运行，当转子边串入电阻r = 2r2',测得转差率将为 （）（r 已折算到定子边）。 （A）等于原先的转差率s （B）三倍于原先的转差率s （C）两倍于原先的转差率s （D）无法确定 5、异步电动机的电磁转矩与( )。 （A）定子线电压的平方成正比；（B）定子线电压成正比； （C）定子相电压平方成反比；（D）定子相电压平方成正比。 6、一般电动机的最大转矩与额定转矩的比值叫过载系数，一般此值应( )。 （A）等于1 （B）小于1 （C）大于1 （D）等于0 三、问答题 《MATLAB与通信仿真》课程设计指导老师: 水英、汪泓 班级:07通信(1)班 学号:E07680104 :林哲妮 目录 目的和要求 (1) 实验环境 (1) 具体容及要求 (1) 实验容 题目一 (4) 题目容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 题目二 (8) 题目容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 题目三 (17) 题目容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 题目四 (33) 题目容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 心得与体会 (52) 目的和要求 通过课程设计，巩固本学期相关课程MATLAB与通信仿真所学知识的理解，增强动手能力和通信系统仿真的技能。在强调基本原理的同时，更突出设计过程的锻炼。强化学生的实践创新能力和独立进行科研工作的能力。 要求学生在熟练掌握MATLAB和simulink仿真使用的基础上，学会通信仿真系统的基本设计与调试。并结合通信原理的知识，对通信仿真系统进行性能分析。 实验环境 PC机、Matlab/Simulink 具体容及要求 基于MATLAB编程语言和SIMULINK通信模块库，研究如下问题： (1)研究BFSK在加性高斯白噪声信道下（无突发干扰）的误码率性能与信噪比之间的关系； (2)研究BFSK在加性高斯白噪声信道下（有突发干扰）的误码率性能与信噪比之间的关系； 分析突发干扰的持续时间对误码率性能的影响。 (3)研究BFSK+信道编码（取BCH码和汉明码）在加性高斯白噪声信道下（无突发干扰） 的误码率性能与信噪比之间的关系；分析不同码率对误码率性能的影响。比较不同信道编码方式的编码增益性能。 (4)研究BFSK+信道编码（取BCH码和汉明码）在加性高斯白噪声信道下（有突发干扰） 的误码率性能与信噪比之间的关系；分析突发干扰的持续时间对误码率性能的影响。分析不同码率对误码率性能的影响。比较不同信道编码方式的编码增益性能。 实验三三相鼠笼异步电动机的工作特性 一、实验目的 1、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。 2、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。 3、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。 二、预习要点 1、异步电动机的工作特性指哪些特性？ 2、异步电动机的等效电路有哪些参数？它们的物理意义是什么？ 3、工作特性和参数的测定方法。 三、实验项目 1、空载实验。 2、短路实验。 3、负载实验。 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D33、D32、D34-3、D31、D42、D51 三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。 3、空载实验 1) 按图3-1接线。电机绕组为Δ接法(U N=220V)，直接与测速发电机同轴联接，负载电机DJ23不接。 2) 把交流调压器调至电压最小位置，接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。并使电机旋转方向符合要求( 如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源)。 3) 保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。 图3-1 三相鼠笼式异步电动机试验接线图 4) 调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。 5) 在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7～9 组记录于表3-1中。 表3-1 4、短路实验 1) 测量接线图同图3-1。用制动工具把三相电机堵住。制动工具可用DD05上的圆盘固定在电机轴上，螺杆装在圆盘上。 2) 调压器退至零，合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至短路电 流到1.2倍额定电流，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。 3) 在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。 表3-2 4) 共取数据5～6组记录于表3-2中。 5、负载实验 1) 测量接线图同图3-1。同轴联接负载电机。图中R f用D42上1800Ω阻值，用D42上1800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 R L 2) 合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。 3) 合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正值( 50mA 或100mA)并保持不变。 4) 调节负载电阻R L（注：先调节1800Ω电阻，调至零值后用导线短接再调节450Ω电阻），使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。 5) 从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、直流电机的负载电流I F等数据。 6) 共取数据8～9组记录于表3-3中。 5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z，满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。 n0=60f/p S=(n0-n)/ n0 =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f2=Sf1=0.02*50=1 H Z 5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？为什么？ 如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反. 5.3 有一台三相异步电动机，其n N=1470r/min,电源频率为50H Z。设在额定负载下运行，试求： ①定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ②定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ③转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ④转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min 5.4当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？ 因为负载增加n减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高. 5.5 三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变化？如何变化？ 若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变. 5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。 试求：①线电压为380V时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n0,p,S N,T N,T st,T max和I st； ③额定负载时电动机的输入功率是多少？ ①线电压为380V时，三相定子绕组应为Y型接法. ②T N=9.55P N/n N=9.55*3000/960=29.8Nm Tst/ T N=2 Tst=2*29.8=59.6 Nm T max/ T N=2.0 T max=59.6 Nm I st/I N=6.5 I st=46.8A 一般n N=(0.94-0.98)n0n0=n N/0.96=1000 r/min SN= (n0-n N)/ n0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/ n0=60*50/1000=3 ③η=P N/P输入 P输入=3/0.83=3.61 5.7三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对电动机有何影响？ 电动机的电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁. 《MATLAB与通信仿真》课程设计指导老师: 张水英、汪泓 班级:07通信(1)班 学号:E07680104 姓名:林哲妮 目录 目的和要求 (1) 实验环境 (1) 具体内容及要求 (1) 实验内容 题目一 (4) 题目内容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 题目二 (8) 题目内容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 题目三 (17) 题目内容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 题目四 (33) 题目内容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 心得与体会 (52) 目的和要求 通过课程设计，巩固本学期相关课程MATLAB与通信仿真所学知识的理解，增强动手能力和通信系统仿真的技能。在强调基本原理的同时，更突出设计过程的锻炼。强化学生的实践创新能力和独立进行科研工作的能力。 要求学生在熟练掌握MATLAB和simulink仿真使用的基础上，学会通信仿真系统的基本设计与调试。并结合通信原理的知识，对通信仿真系统进行性能分析。 实验环境 PC机、Matlab/Simulink 具体内容及要求 基于MATLAB编程语言和SIMULINK通信模块库，研究如下问题： (1)研究BFSK在加性高斯白噪声信道下（无突发干扰）的误码率性能与信噪比之间的关系； (2)研究BFSK在加性高斯白噪声信道下（有突发干扰）的误码率性能与信噪比之间的关系； 分析突发干扰的持续时间对误码率性能的影响。 (3)研究BFSK+信道编码（取BCH码和汉明码）在加性高斯白噪声信道下（无突发干扰） 的误码率性能与信噪比之间的关系；分析不同码率对误码率性能的影响。比较不同信道编码方式的编码增益性能。 (4)研究BFSK+信道编码（取BCH码和汉明码）在加性高斯白噪声信道下（有突发干扰） 的误码率性能与信噪比之间的关系；分析突发干扰的持续时间对误码率性能的影响。分析不同码率对误码率性能的影响。比较不同信道编码方式的编码增益性能。 三相异步电动机的机械特 性 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020 三相异步电动机的运行特性 摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。 固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用 三相异步电动机的运行特性 三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速之间的关系。由于转子转速与同步转速 、转差率存在下列关系，即 （） 则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩。 三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 机械特性的物理表达式 由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为 （） 式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数； 为三相异步电动机的气隙每极磁通量； 为转子电流的折算值； 为转子电路的功率因数； 式（）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。 仅从式（）不能明显地看出电磁转矩与转差率之间的变化规律。要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功 率因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。现分析如表所示。 根据表中的分析，可作出曲线、和分别如图、、所示，据此可得出图所示的机械特性曲线。曲线分为两段：当较小时(),变化不大，，电磁转矩 与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线，称为直线部分；当较大时 ()，如，减少近一 半，很小，尽管转子相电流增大，有功电流不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段，段为曲线段，称为曲线部分。由此分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的转矩为称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。 机械特性的参数表达式 1.参数表达式的推导： 实验一单边带调幅系统的建模仿真 班级：姓名：学号： 一、实验目的 1.了解单边带调幅系统的工作原理 2.掌握单边带调幅系统的Matlab和Simulink建模过程 二、实验内容 1、Matlab设计一个单边带发信机、带通信道和相应的接收机，参数要 求如下。 （1）输入话音信号为一个话音信号，采样率8000Hz。话音输入后首先 进行预滤波，预滤波器是一个频率范围在[300,3400]Hz的带通滤波器。 其目的是将话音频谱限制在3400Hz以下。单边带调制的载波频率设计 为10KHz，调制输出上边带。要求观测单边带调制前后的信号功率谱。 （2）信道是一个带限高斯噪声信道，其通带频率范围是[10000, 13500]Hz。要求能够根据信噪比SNR要求加入高斯噪声。 （3）接收机采用相干解调方式。为了模拟载波频率误差对解调话音音 质的影响，设本地载波频率为9.8KHz，与发信机载波频率相差200Hz。 解调滤波器设计为300Hz到3400Hz的带通滤波器。 程序框图： 设计思想： 程序分为三部分： 一：SSB调制模块 首先从计算机中读入音频信号，作为原信号，读入完成后，对源信号进行参数采集和与滤波处理。进行与滤波之后，对信号进行希尔伯特变换，将原来的信号和载波相乘，将希尔伯特变换后的信号和载波进行希尔伯特变换后的信号相乘之后两者想减，得到SSB调制后的信号。 二：信道加噪声模块 通过信道，通过设置信道的信噪比来加入相应的噪声 三：解调模块： 将SSB调制后的信号通过信道加入噪声以后得到新的信号，并将信号和本地载波相乘进行想干解调，得到输出信号，并通过语句输出到相应的目录下。 2、用Simulink方式设计一个单边带传输系统并通过声卡输出接收机解调的结果声音。系统参数参照实例5.9，系统仿真参数设置为50KH 系统设计： 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的运行特性 摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。固有机械特性和人为机 械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用 5.1三相异步电动机的运行特性（返回顶部） 三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电 动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩 与转子转速之间的关系。由于转子转速与同步转速 、转差率存在下列关系，即 （5.1） 则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩 。 三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 5.1.1机械特性的物理表达式（返回顶部） 由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为 （5.2） 式中 为三相异步电动机的转矩系数，是一常数； 为三相异步电动机的气隙每极磁通量； 为转子电流的折算值； 为转子电路的功率因数； 式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁 力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因 此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。 仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩 与转差率之间的变化规律。要从分析气隙每极磁通量 因数 ，转子相电流 ，以及为转子功率 与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。现分析 如表5.1所示。 根据表5.1中的分析，可作出曲线 、和 分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲线。曲线分为两段：当较小时( 电磁转矩 与转子相电流 ), 变化不大， ， 成正比关系，表现为AB 段近似为直线， ) ，如 ， 减少近一 称为直线部分；当较大时 ( 半， 很小，尽管转子相电流 增大，有功电流 段， 段为曲线 不大，使电磁转矩 一、三相异步电动机的转矩特性 异步电动机的电磁转矩T是由载流导体在磁场中受电磁力的作用而产生的，它使电动机旋转。 式中U1——定子绕组相电压有效值，单位是伏特(V； f1——定子电源频率，单位是赫兹(Hz； s——电动机的转差率； R2——转子绕组一相电阻，单位是欧姆(Ω； X20——转子不动时一相感抗，单位是欧姆(Ω； C——与电机结构有关的比例常数。 为了分析方便，将异步电动机的电磁转矩T代替电动机的输出转矩T2 由于电动机的转子参数R2及X20是一定的，电源频率f1也是一定的，故当电源电压U1一定时，上式即表明异步电动机的电磁转矩T只与转差率s有关，因此可用函数式T=f（s）表示，称为异步电动机的转矩特性，画出其图象则称为转矩特性曲线，如图1-13所示。 图1-13异步电动机的转矩特性曲线 二、异步电动机的机械特性 1.电动机的额定转矩的实用计算式 旋转机械的机械功率等于转矩和转动角速度的乘积,对于电动机而言,就有 P2=T2Ω(1-4 当电动机的输出转矩T2用牛·米(N·m作单位，旋转角速度Ω用弧度/秒(rad/s作单位时，输出功率P2的单位是瓦特。 在电动机中计算转矩时输出功率P2的单位是千瓦(kW，转速n的单位是转/分(r/min，所以可以将计算公式简化，如在额定状态下转矩公式为 式中T N——电动机的额定转矩，单位是牛·米(N·m； P N——电动机的额定功率，单位是千瓦(kW； n N——电动机的额定转速，单位是转/分(r/min. 2.异步电动机的机械特性曲线 将异步电动机的转矩特性曲线顺时针转过90度，并把转差率S换成转速n，即得如图1-14所示的曲线，我们称为异步电动机的机械特性曲线，可表示为n=f（T）。 图1-14异步电动机的机械特性曲线 电动机在旋转时，作用在轴上的有两种转矩，一种是电动机产生的电磁转矩T，一种是生产机械作用在轴上的负载转矩T L（其它如摩擦转矩忽略不计，当T=T L时，电动机便以某种相应转速稳定运行；当T＞T L时，电动机则提高转速；当T＜T L时，电动机将降低转速。 3.异步电动机的机械特性参数 包头钢铁职业技术学院毕业实践任务书 题目：三相异步电动机的启动方式的设计 班级： 06五年制机电D 姓名：刘伟 指导老师：徐桂岩 完成日期： 2011.3.20 包头钢铁职业技术学院制 2011年3月 包头钢铁职业技术学院毕业实践任务书成绩及评语表 摘要 三相异步电动机的起动电流高达额定电流的5～8倍，对电网造成较大干扰，尤其在工业领域中的重载起动，有时可能对设备安全构成严重威胁。传统的降压起动方式，如星三角起动、自耦变压器起动等，要么起动电流和机械冲击过大，要么体积庞大笨重、损耗大，要么起动力矩小、维修率高等等，都不尽人意。软启动技术不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑地起动电动机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数如限流值、起停时间等，以达到最佳的起停状态。 关键词异步电动机；软启动；设计 目录 `1前言 (1) 1.1 软启动的定义 (1) 1.2 软启动器的简单介绍 (1) 1.2.1 软启动器的保护功能 (1) 1.2.2 它与变频器有的区别 (1) 1.2.3 软启动的作用 (2) 1.3 电动机起动方式的选择 (2) 1.4 与传统启动的比较 (2) 1.4.1 软启动器的应用范围 (2) 1.4.2 软启动与传统减压起动方式的不同之处 (2) 2 软启动的基本原理 (4) 2.1 软启动器的优点 (4) 2.2 软启动器的控制接线 (5) 3 软启动电路 (6) 3.1 软启动器的控制原理图 (6) 3.2 硬件设计 (6) 3.3 电压同步信号检测电路 (7) 3.4 触发脉冲形成电路 (8) 4 总结 (10) 致谢 (11) 参考文献 (12) 《matlab通信仿真设计》课程设计指导书 2009年11月 课程设计题目1：调幅广播系统的仿真设计 模拟幅度调制是无线电最早期的远距离传输技术。在幅度调制中，以声音信号控制高频率正弦信号的幅度，并将幅度变化的高频率正弦信号放大后通过天线发射出去，成为电磁波辐射。 波动的电信号要能够有效地从天线发送出去，或者有效地从天线将信号接收回来，需要天线的等效长度至少达到波长的1/4。声音转换为电信号后其波长约在15~1500km 之间，实际中不可能制造出这样长度和范围的天线进行有效信号收发。因此需要将声音这样的低频信号从低频率段搬移到较高频率段上去，以便通过较短的天线发射出去。 人耳可闻的声音信号通过话筒转化为波动的电信号，其频率范围为20~20KHz 。大量实验发现，人耳对语音的频率敏感区域约为300~3400Hz ，为了节约频率带宽资源，国际标准中将电话通信的传输频带规定为300~3400Hz 。调幅广播除了传输声音以外，还要播送音乐节目，这就需要更宽的频带。一般而言，调幅广播的传输频率范围约为100~6000Hz 。 任务一：调幅广播系统的仿真。 采用接收滤波器Analog Filter Design 模块，在同一示波器上观察调幅信号在未加入噪声和加入噪声后经过滤波器后的波形。采用另外两个相同的接收滤波器模块，分别对纯信号和纯噪声滤波，利用统计模块计算输出信号功率和噪声功率，继而计算输出信噪比，用Disply 显示结果。 实例1：对中波调幅广播传输系统进行仿真，模型参数指标如下。 1.基带信号：音频，最大幅度为1。基带测试信号频率在100~6000Hz 内可调。 2.载波：给定幅度的正弦波，为简单起见，初相位设为0，频率为550~1605Hz 内可调。 3.接收机选频放大滤波器带宽为12KHz ，中心频率为1000kHz 。 4.在信道中加入噪声。当调制度为时，设计接收机选频滤波器输出信噪比为20dB ，要求计算信道中应该加入噪声的方差，并能够测量接收机选频滤波器实际输出信噪比。 仿真参数设计： 系统工作最高频率为调幅载波频率1605KHz ，设计仿真采样率为最高工作频率的10倍，因此取仿真步长为 8max 1 6.2310(1-1)10step t s f -==? 相应的仿真带宽为仿真采样率的一半，即 18025.7(1-2)2step W KHz t == 设基带测试正弦信号为m(t)=Acos2πFt ，载波为c(t)=cos2πf c t ，则调制度为m a 的调制输出 信号s(t)为 ()(1cos 2)cos 2(1-3)a c s t m Ft f t ππ=+ 容易求出，s(t)的平均功率为 21(1-4)24a m P =+三相异步电动机工作特性及全参数测定实验
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