学号：
课程设计
题目异步电机矢量控制MATLAB仿真实验
(矢量控制部分)
学院自动化学院
专业自动化专业
班级
姓名
指导教师曹雪莲
2015 年 1 月7 日
目录
摘要 (1)
1异步电动机矢量控制原理 (2)
2坐标变换 (3)
2.1坐标变换的基本思路 (3)
2.2三相—两相变换（3/2变换） (4)
2.3静止两相-旋转正交变换（2s/2r） (5)
3转子磁链计算 (6)
4矢量控制系统设计 (7)
4.1按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制方式 (7)
4.2MATLAB系统仿真系统设计 (8)
4.3PI调节器设计 (10)
5仿真结果 (12)
5.1电机定子侧的电流仿真结果 (12)
5.2电机输出转矩仿真结果 (13)
5.3电机的转子速度及转子的磁链仿真结果 (13)
心得体会 (15)
参考文献 (16)
附录 (17)
摘要
随着电力电子技术和自动化技术的不断发展，促进了交流异步电动机取代直
流电机成为工业传动的主体，而矢量控制理论是实现这一转变的关键技术之一，
由于交流异步电机是高阶、非线性、强耦合的多变量系统。在矢量控制理论下通
过坐标变换，可以消除瞬变过程中的周期性时变系统和降低方程阶数，从而简化
数学模型。可以通过对磁链的控制改善电机静态和动态性能。
矢量控制是在电机学、电磁学和坐标变换的基础上发展起来的一种先进的电
机控制策略。建立异步电动机矢量控制系统的仿真模型，能有效节省控制系统的
α-）设计时间，及时验证控制系统算法的正确性。本文采用二相静止坐标系（β
电机模型，利用MATLAB/SIMULINK完成异步电机的矢量控制仿真。仿真结果
给出了转速、转矩、定子侧电流的波形图，并根据转速、转矩、电流波形相关参
数进行分析。
关键词：矢量控制异步电机Matlab仿真
1
1异步电动机矢量控制原理
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电机转矩的目的。
按转子磁链定向矢量控制的基本思想是通过坐标变换，再按转子磁链定向同步正交坐标系中，得到等效的直流电机模型，仿照直流电机的控制方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换到三角坐标系的对应量，以实施控制。其中等效的直流电动机模型如图1-1所示，在三相坐标系上的定子交流电流i A、i B、i C，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流i sα和i sβ，再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流i sm和i st。
图1-1异步电动机矢量变换及等效直流电机模型
i相当于励磁电流，t绕组相当于电m绕组相当于直流电动机的励磁绕组，
sm
i相当于与转矩成正比的电枢电流。其中矢量控制系统原理结构图如图枢绕组，
st
1-2所示。
2
3
图1-2矢量控制系统原理结构图
通过转子磁链定向，将定子电流分量分解为励磁分量sm i 和转矩分量st i ，转子磁链r ψ仅由定子电流分量sm i 产生，而电磁转矩e T 正比与转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流的两个分量的解耦。简化后的等效直流调速系统如图1-3所示。
图1-3简化后的等效直流调速系统
2坐标变换
2.1坐标变换的基本思路
异步电动机三相原始动态模型相当复杂，分析和求解这组非线性方程十分困难。在实际应用中必须予以简化，简化的基本方法就是坐标变换。矢量变换是简化交流电动机复杂模型的重要数学方法，是交流电动机矢量控制的基础。坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流A i 、B i 、C i ，通过三相—两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流αi 和βi ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转
4
坐标系上的直流电流d i 和q i 。
2.2三相—两相变换（3/2变换）
在交流电动机中三相对称绕组通以三相对称电流可以在电动机气隙中产生空间旋转的磁场，在功率不变的条件下，按磁动势相等的原则，三相对称绕组产生的空间旋转磁场可以用两相对称绕组来等效，三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换则建立了磁动势不变情况下，三相绕组和两相绕组电压、电流和磁动势之间的关系。图2-1绘出了ABC 和αβ两个坐标系中的磁动势矢量。
图2-1 ABC 和αβ坐标系中的磁动势矢量
按照磁动势相等的等效原则，三相合成磁动势与两相合成磁动势相等，故两套绕组磁动势在α、β轴上的投影都应相等，于是得：
60cos 60cos 3332C B A i N i N i N i N --=α
)2
1
21(3C B A i i i N --= (2-1)
60sin 60sin 332C B i N i N i N -=β
)(23
3C B i i N += (2-2)
写成矩阵形式：
（2-3） 321112233022a b c i i N i i N i αβ?
???--??????
??=??????????-??????
5
按照变换前后功率不变，可以证明，匝数比为
（2-4） 代入式（2-1），得
(2-5)
则两相对称绕组的电流与三相对称绕组的电流之间的变换关系为:
????
??????=??
???????????????????????
?
--
-
=????
??????c B A C B A i i i C i i i i i i 230212
12
1232302121132βα （2-6） 2.3静止两相-旋转正交变换（2s/2r ）
两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换(简称2s/2r 变换)，两相静止绕组，通以两相平衡交流电流，产生旋转磁动势。如果令两相绕组转起来，且旋转角速度等于合成磁动势的旋转角速度,则两相绕组通以直流电流就产生空间旋转磁动势。从两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换,称为两相旋转－两相静止变换，简称2s/2r 变换。其变换关系为:
??
????=???
????
?????-=??????q d s r q d i i C i i i i 22cos sin sin cos ????βα (2-7) (2-5)式中，?为d-q 坐标系d 轴与坐标系轴之间的夹角。两相旋转到两相静止坐标系的变换矩阵为：
??
?
???-=????cos sin sin cos 22s
r
C (2-8) 对(2-6)式进行逆变换可以得到两相静止到两相旋转的变换矩阵为：
111222333022a b c i i i i i αβ?
?
??-
-
????????=??
????????-??????3
2
23=N N
6
??
?
?
??-==
-????
cos sin sin cos 12222s
r
r
s
C C (2-9)电压和磁链的旋转变换阵与电流旋转变换阵相同。
3转子磁链计算
按转子磁链定向的矢量控制系统的关键是r ψ的准确定向，也就是说需要获得转子磁链矢量的空间位置。根据转子磁链的实际值进行控制的方法，称作直接定向。
转子磁链的直接检测比较困难，现在实用的系统中多采用按模型计算的方法，即利用容易测得的电压、电流或转速等信号，借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。转子磁链模型可以从电动机数学模型中推导出来，也可以利用状态观测器或状态估计理论得到闭环的观测模型。在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分为电流模型和电压模型两种。本设计采用在α、β坐标系上计算转子磁链的电流模型。
由实测的三相定子电流通过3/2变换得到静止两相正交坐标系上的电流i sα和i sβ，再利用αβ坐标系中的数学模型式计算转子磁链在α、β轴上的分量
??
?
?
???
++-=+--=β
αβχαβααωψψψωψψψs r r r s r r r i Tr Lm Tr dt d i Tr Lm Tr dt d 11 (3-1) 也可表述为：
??
?
?
???
++=-+=)(11
)(11αββ
βααψωψψωψr r s m r r r r s m r r T i L s T T i L s T (3-2) 然后，采用直角坐标-极坐标变换，就可得到转子磁链矢量的幅值r ψ和空间位置?，考虑到矢量变换中实际使用的是?的正弦和余弦函数，故可以采用变换式
22χαψψψr r r += (3-3)
7
r
r ψψ?β
=
sin (3-4) r
r ψψ?α
=
cos (3-5) 图3-1是在静止两相正交坐标系上计算转子磁链的电流模型结构图。
图3-1 在
αβ坐标系上计算转子磁链的电流模型
4矢量控制系统设计
4.1按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制方式
图4-1为电流闭环控制后的系统结构图，转子磁链环节为稳定的惯性环节，对转子磁链可以采用闭环控制，也可以采用开环控制方式；而转速通道存在积分环节，为不稳定结构，必须加转速外环使之稳定。
常用的电流闭环控制有两种方法：一个是将定子电流两个分量的给定置*
sm
i 和*st i 施行2/3变换，得到三相电流给定值。采用电流滞环控制型PWM 变频器，
在三相定子坐标系中完成电流闭环控制。另一个是将检测到得三相电流施行3/2变换和旋转变换，达到mt 坐标系中的电流sm i 和st i ，采用PI 调节器软件构成电
流闭环控制，电流调节器的输出为定子电压给定值*sm u 和*st u ，经过反旋转变换得
到静止两相坐标系的定子电压*u
α和*u
β
，再经过SVPWM控制逆变器输出三相电
压，其系统结构图如图4-2所示。本次MATLAB仿真系统设计也是采用的这种控制方法。
图4-1电流闭环控制后的系统结构图
图4-2定子电流励磁分量和转矩分量闭环控制的矢量控制系统结构图
4.2MATLAB系统仿真系统设计
本次利用MATLAB建立的矢量控制系统仿真模型图如图4-3所示，其中SVPWM 用惯性环节等效代替，若采用实际的SVPWM方法仿真，将大大增加仿真计算时间，对计算机的运行速度和内存容量要求较高，转速，转子磁链和两个电流调节器均采用带有积分和输出限幅的PI调节器，两相磁链由电动机模型直接得到，其中转子磁链的幅值由两相磁链计算得到。
8
图4-3矢量控制系统仿真模型图
由图中可知ASR为转速调节器，APsirR为转子磁链调节器，ACMR为定子电流励磁分量调节器，ACTR为定子电流转矩分量调节器，对转子磁链和转速而言，均表现为双闭环控制的系统结构，内环为电流恒定，外环为转子磁链或转速环。其中系统中的K/P模块是计算转子磁链幅值和角度的，其内部结构图如图4-4所示。
图4-4转子磁链和角度计算结构图
在此次设计中，由于电动机模型是根据两相静止αβ坐标系下的数学模型建立，在仿真设计中加入了旋转正交—静止两相变换（2r/2s变换）和静止两相—旋转正交变换（2s/2r变换），其MATLAB仿真结构图如图4-5和4-6所示。
9
10
图4-5 2r/2s 变换结构图
图4-6 2s/2r 变换结构图
4.3PI 调节器设计
本次仿真设计中的调节器都是采用PI 调节器，其传递函数为；
i i ACR i (1)()K s W s s ττ+=
（4-1）
i K — 电流调节器的比例系数；
i τ — 电流调节器的超前时间常数。 同时其传递函数也可写为：
11
()I
ASR p K W s K S
=+
(4-2) 其PI 调节器的MATLAB 仿真结构图如图4-6所示。而且此PI 调节器是带了限幅的。根据MATLAB 的仿真图形，不断改进PI 调节器的Kp 和Ki 。最终得到的各种调节如下。
（1）磁链调节器APsirR ，其结构图如图4-7所示。其中Kp=10，Ki=15,输出限幅值-5~5。其中磁链给定为1.2。
图4-7 APsirR 调节器
（2）转速调节器 ASR,其结构图如图4-8所示。其中Kp=15，Ki=10,输出限幅值-80~80。其中转速根据电机的额定转速1400 r/min 得到对应w 给定为146.6。
图4-8 ASR 调节器
（3）两个电流调节器ACMR 和ACTR 如图4-9，其结构图和上面一样，就是参数不同。ACMR 和ACTR 的Kp ，Ki 分别为5,15和5,15。输出限幅值分别为-300~300和-100~100。
图4-9电流调节器ACMR和ACTR仿真结构图
5仿真结果
5.1电机定子侧的电流仿真结果
电机定子侧的电流（Isa&Isb）仿真结果如图5-1所示，图5-2为局部放大图。由仿真结果可知:空载起动时，定子电流逐渐趋于稳定不变，成正弦变化。在t=3s 突加负载后，电流仍成正弦变化，幅值变大，但基本保持稳定。
图5-1 电机定子侧的电流仿真
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图5-2 电机定子侧的电流仿真局部放大图
5.2电机输出转矩仿真结果
电机输出转矩Te的仿真结果如图5-3所示。结果表明，电机在空载启动时，输出转矩会有一个突变，随着电机的启动输出转矩减小直至为0并稳定运行。在突加负载后，通过系统的闭环控制，使得电机输出转矩突增,然后逐渐输出转矩等于负载转矩，电机稳定运行。
图5-3 电机输出转矩Te仿真图
5.3电机的转子速度及转子的磁链仿真结果
电机的转子速度W和转子磁链Psir仿真结果分别如图5-4和5-5所示。可
13
见，电机启动后，转速成直线上升，当上升到给定值后稳定工作。突加负载后，转速降落，但由于采用了闭环控制，以及转速调节器是PI调节器，所以转速很快继续平稳的保持在给定值附近。
转子磁链Psir建立后，几乎为恒值，在突加负载后，磁链有一个小幅度的上升，达到给定值，并在此状态稳定运行。
图5-4电机的转子速度Wr仿真结果
图5-5转子磁链Psir仿真结果
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心得体会
本次课设是关于异步电动机的矢量控制，主要分两个部分电机模型的建立和矢量控制。我做的是矢量控制部分。由于题目要求建立两相静止坐标系下的电机模型，而矢量控制是针对建立在同步转速下的两相旋转坐标系的电机模型的基础之上，所以刚开始很迷茫该怎样把矢量控制部分和电机模型部分结合起来。经过讨论后发现只要中间在经过静止-旋转变换就行，而非我所想的坚决不能用旋转坐标系。
通过复习相关的理论知识，我首先大体构建了整个课设的基本思路。然后在网上查找相关文献以及查阅相关书籍来获取具体的方法步骤。在做仿真时，调整参数费了很大的力气，总是得不到理想的仿真结果，不过功夫不负有心人，最后还是出来了。在这个过程中我不仅深入了解了异步电动机矢量控制，也再一次熟悉了Matlab这个常用软件，感觉自己的能力又有所提升。
这次的课设是两人合作完成的，让我充分感受到了多一个人的力量带来的效率与成就。相互学习，相互探讨可以把知识学的更扎实，理解的更透彻。
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参考文献
[1] 阮毅，陈伯时. 电力拖动自动控制系统 [M].机械工业出版社.2010
[2]李德华．电力拖动控制系统(运动控制系统)．电子工业出版社．2006
[3]裴润，宋申明．自动控制原理(上册)．哈尔滨工业大学出版社．2006．
[4]黄忠霖．自动控制原理的MATLAB实现．国防工业出版社．2007．
[5]冯垛生，曾岳南．无速度传感器矢量控制原理与实践．2006.
[6] 张志涌，杨祖樱.matlab教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010
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附录
矢量控制仿真模型图
本科生课程设计成绩评定表
姓 名 性 别
专业、班级
课程设计题目：异步电机矢量控制MATLAB 仿真实验(矢量控制部分) 课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
总分：___________ 设计态度认真、遵守纪律（10分）
绘图或仿真（25分）
方案论证（10分）
报告规范，参考文献充分（10分） 电路设计、参数计算正确（20分）
答辩（25分）
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年 月 日
系统仿真 § 4.1控制系统的数学模型 1、传递函数模型（tranfer function） 2、零极点增益模型（zero-pole-gain） 3、状态空间模型（state-space） 4、动态结构图（Simulink结构图） 一、传递函数模型(transfer fcn-----tf) 1、传递函数模型的形式 传函定义：在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换C（S）与输入量的拉氏变换R（S）之比。 C(S) b1S m+b2S m-1+…+b m G（S）=----------- =- -------------------------------- R(S) a1S n + a2S n-1 +…+ a n num(S) = ------------ den(S) 2、在MATLAB命令中的输入形式 在MATLAB环境中，可直接用分子分母多项式系数构成的两个向量num、den表示系统： num = [b1, b2, ..., b m]; den = [a1, a2, ..., a n]; 注：1）将系统的分子分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入两个变量，中间缺项的用0补齐，不能遗漏。 2）num、den是任意两个变量名，用户可以用其他任意的变量名来输入系数向量。 3）当系统种含有几个传函时，输入MATLAB命令状态下可用n1,d1;n2,d2…….。 4）给变量num，den赋值时用的是方括号；方括号内每个系数分隔开用空格或逗号；num,den方括号间用的是分号。 3、函数命令tf( ) 在MATLAB中，用函数命令tf( )来建立控制系统的传函模型，或者将零极点增益模型、状态空间模型转换为传函模型。 tf( )函数命令的调用格式为： 圆括号中的逗号不能用空格来代替 sys = tf ( num, den ) [G= tf ( num, den )]
中国石油大学胜利学院综合课程设计总结报告 题目：三相异步电机直接启动特性实验模型 学生姓名：潘伟鹏 系别：机械与电气工程系 专业年级： 2012级电气工程专业专升本2班 指导教师：王铭
2013年 6 月 27日
一、设计任务与要求 普通异步电动机直接起动电流达到额定电流的6--7倍，起动转矩能达到额定转矩的1.25倍以上。过高的温度、过快的加热速度、过大的温度梯度和电磁力，产生了极大的破坏力，缩短了定子线圈和转子铜条的使用寿命。但在电网条件和工艺条件允许的情况下，异步电动机也可以直接启动。本次课程设计通过MATLAB软件建模模拟三相异步电动机直接启动时的各个元器件上的电量变化。 参考： 电力系统matlab仿真类书籍 电机类教材 二、方案设计与论证 三相异步电动机直接起动就是利用开关或接触器将电动机的定子绕组直接接到具有额定电压的电网上。 由《电机学》知三相异步电动机的电磁转矩M与直流电动机的电磁转矩有相似的表达形式。它们都与电机结构（表现为转矩常数）和每级下磁通有关，只不过在三相异步电动机中不再是通过电枢的全部电流，而是点数电流的有功分量。三相异步电机电磁转矩的表达式为： （1-1）式中——转矩常数 ——每级下磁通 ——转子功率因数 式(1-1)表明，转子通入电流后，与气隙磁场相互作用产生电磁力，因此，反映了电机中电流、磁场和作用力之间符合左手定则的物理关系，故称为机械特性的物理表达式。该表达式在分析电磁转矩与磁通、电流之间的关系时非常方便。 从三相异步电动机的转子等值电路可知， （1-2） （1-3）将式(1-2)、(1-3)代入(1-1)得：
控制系统的MATLAB仿真与设计课后答案
>>z=-4*sqrt(2)*sin(t); >>plot3(x,y,z,'p'); >>title('Line in 3-D Space'); >>text(0,0,0,'origin'); >>xlabel('X'),ylable('Y'),zlable('Z');grid; 4>>theta=0:0.01:2*pi; >>rho=sin(2*theta).*cos(2*theta); >>polar(theta,rho,'k'); 5>>[x,y,z]=sphere(20); >>z1=z; >>z1(:,1:4)=NaN; >>c1=ones(size(z1)); >>surf(3*x,3*y,3*z1,c1); >>hold on >>z2=z; >>c2=2*ones(size(z2)); >>c2(:,1:4)=3*ones(size(c2(:,1:4))); >>surf(1.5*x,1.5*y,1.5*z2,c2); >>colormap([0,1,0;0.5,0,0;1,0,0]); >>grid on >>hold off 第四章 1>>for m=100:999 m1=fix(m/100); m2=rem(fix(m/10),10); m3=rem(m,10); if m==m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3 disp(m) end end 2M文件：function[s,p]=fcircle(r) s=pi*r*r; p=2*pi*r; 主程序： [s,p]=fcircle(10) 3>>y=0;n=100; for i=1:n y=y+1/i/i; end >>y
基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真 实验报告 班级： 学号： 姓名： 完成时间：
一、实验内容 1.1单相变压器不同负载性质的相量图 通过MATLAB 画出单相变压器带感性，阻性，容性三种不同性质负载的变压器向量图 1.2感应电机的S T -曲线 通过MATLAB 画出三相感应电动机的转矩转差率曲线 二、实验要求 2.1单相变压器不同负载性质的相量图 根据给定的仿真实例画出负载相位角30,0,302-=j 三种情况下得向量图，观察电压大小与相位的关系，了解总结负载性质不同对向量图的影响 2.2感应电机的S T -曲线 根据给定的实例，画出3.1~3.1-=s 的S T -曲线，了解感应电机临界转差率的大小和稳定工作区间的大小，给出定性分析 三、实验方法 3.1单相变压器不同负载性质的相量图 1.单相变压器不同负载性质的相量图 (1)先画出负载电压'2U 的相量； (2)根据负载的性质和阻抗角画出二次电流（规算值）的相量 (3)在2U 上加上一个与电流方向相同的压降，其大小为二次电流规算值'2I 与二次漏电阻规算值'2R 之积；再加上一个超前电流方向?90的压降，其大小为二次电流'2I 规算值与二次漏电抗规算值'2χ之积； (4)根据上一步结果连线，得出'2E ； (5)超前'2E 方向?90画出m Φ； (6)根据励磁电阻与电抗的大小得出励磁阻抗角，并超前m Φ一个励磁阻抗角的大小得出m I 的方向； (7)根据平行四边形法则，做出'2I -与m I 的和，即为1I ； (8)根据'21E E =得出1E ，并得出1E -。
(9)在1E -上加上一个与电流方向相同的压降，其大小为一次电流1I 与一次漏电阻1R 之积；再加上一个超前电流方向?90的压降，其大小为一次电流1I 与一次漏电抗1χ之积； (10) 根据上一步结果连线，得出1U ； 3.2感应电机的S T -曲线 实验采用matlab 对转矩转差率曲线进行仿真。 由转矩转差率关系公式知， 2212 2122 1)()(x c x s r c r s r U m T s s +++?Ω= 只有s 为自变量，其他参数均为已知。 编程时，先取s 在0.01-1.3正区间的S T -，进行绘图；再取相应负区间对S T -绘图；最后加入（0,0） 四、实验源程序(1分) 4.1单相变压器不同负载性质的相量图 见附录 4.2感应电机的T-S 曲线 %T-S 曲线绘制 %定义常量 R2 = 0.04; R1 = 0.06; M1 = 3; U1 = 380; W = 2*pi*1485/60; X1 = 0.27; X2 = 0.56; C = 1+X1/16.4; %画出s=0.01~1.3的T-S 曲线 s = 0.01:0.01:1.3; T=ones(1,length(s));
14元阵列天线方向图及其MATLAB仿真
阵列天线方向图及其MATLAB 仿真 1设计目的 1.了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数 2.运用MATLAB 仿真阵列天线的方向图曲线 3.变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系 2设计原理 阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。 阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。 在本次设计中，讨论的是均匀直线阵天线。均匀直线阵是等间距，各振源电流幅度相等，而相位依次递增或递减的直线阵。均匀直线阵的方向图函数依据方向图乘积定理，等于元因子和阵因子的乘积。 二元阵辐射场： 式中： 类似二元阵的分析，可以得到N 元均匀直线振的辐射场： 令 ，可得到H 平面的归一化方向图函数，即阵因子的方向函数： 式中：ζφθψ+=cos sin kd 均匀直线阵最大值发生在0=ψ 处。由此可以得出 ])[,(212121ζθθθ?θj jkr jkr m e r e r e F E E E E --+=+=12 cos ),(21jkr m e F r E E -=ψ?θθζ φθψ+=cos sin kd ∑-=+-=10)cos sin (),(N i kd ji jkr m e e r F E E ζ?θθ?θ2πθ=)2/sin()2/sin(1)(ψψψN N A =kd m ζ?-=cos
这里有两种情况最为重要。 1.边射阵，即最大辐射方向垂直于阵轴方向，此时 ，在垂直于阵轴的方向上，各元观察点没有波程差，所以各元电流不需要有相位差。 2.端射振，计最大辐射方向在阵轴方向上，此时0=m ?或π，也就是说阵的各元电流沿阵轴方向依次超前或滞后kd 。 3设计过程 本次设计的天线为14元均匀直线阵天线，天线的参数为：d=λ/2，N=14相位滞后的端射振天线。基于MATLAB 可实现天线阵二维方向图和三维方向图的图形分析。 14元端射振天线H 面方向图的源程序为： a=linspace(0,2*pi); b=linspace(0,pi); f=sin((cos(a).*sin(b)-1)*(14/2)*pi)./(sin((cos(a).*sin(b)-1)*pi/2)*14); polar(a,f.*sin(b)); title('14元端射振的H 面方向图 ，d=/2,相位=滞后'); 得到的仿真结果如图所示： 14元端射振天线三维方向图的源程序为： y1=(f.*sin(a))'*cos(b); z1=(f.*sin(a))'*sin(b); x1=(f.*cos(a))'*ones(size(b)); surf(x1,y1,z1); 2 π?±=m
. 基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真 实验报告
一、实验内容及目的 1.1 单相变压器的效率和外特性曲线 1.1.1 实验内容 一台单相变压器，N S =2000kVA, kV kV U U N N 11/127/21=，50Hz ，变压器的参数 和损耗为008.0* ) 75(=C k o R ，0725.0*=k X ，kW P 470=，kW P C KN o 160)75(=。 (1)求此变压器带上额定负载、)(8.0cos 2滞后=?时的额定电压调整率和额定效率。 (2)分别求出当0.1,8.0,6.0,4.0,2.0cos 2=?时变压器的效率曲线，并确定最大效率和达到负载效率时的负载电流。 (3)分析不同性质的负载（),(8.0cos 0.1cos ),(8.0cos 222超前，滞后===???）对变压器输出特性的影响。 1.1.2 实验目的 （1）计算此变压器在已知负载下的额定电压调整率和额定效率 （2）了解变压器效率曲线的变化规律 （3）了解负载功率因数对效率曲线的影响 （4）了解变压器电压变化率的变化规律 （5）了解负载性质对电压变化率特性的影响 1.1.3 实验用到的基本知识和理论 （1）标幺值、效率区间、空载损耗、短路损耗等概念 （2）效率和效率特性的知识 （3）电压调整率的相关知识 1.2串励直流电动机的运行特性 1.2.1实验内容 一台16kw 、220V 的串励直流电动机，串励绕组电阻为0.12Ω，电枢总电阻为0.2Ω。电动势常数为.电机的磁化曲线近似的为直线。其中为比例常数。假设电枢电流85A 时，磁路饱和(为比较不同饱和电流对应的效果，饱和电流可以自己改变）。
2.3.1 阵列几何图 天线阵可以是各种排列，下图所示分别为圆阵(UCA)、线阵(ULA)、矩形阵(URA)排列方式与空间来波方向关系图，为简化整列分析，假设阵元间不考虑耦合，L 为天线数目，天线间距相等且均为d ，为入射在阵列上的水平波达角，为垂直波达角。 图2- 1 阵列排列方式与空间来波方向的关系 1） 圆阵排列方式的天线响应矢量为： 011cos() cos() cos() cos() (,)[,,...,,...,]l L j j j j T U C A a e e e e ξ?ψξ?ψξ?ψξ?ψ θ?-----= 公 式2- 1 其中2/,0,1,...,1l l L l L ψπ==-为第l 天线阵元的方位角，sin(),w w k r k ξθ=为波 数 2） 线阵排列方式的天线响应矢量为： cos sin (1)cos sin (,)[1,,...,]w w jk d jk d L T U LA a e e ?θ ?θ θ?-= 公式2- 2 3） 矩形阵列方式的天线响应矢量为： (1)()[(1)] (1)[(1)(1)](,)(()())[1,,...,,,,... ,...,,...,] T jv j p v ju j u v u URA N p j u p v j N u j N u p v T a vec a u a v e e e e e e e θ?-++---+-== 公式2- 3 ,N P 分别为x ，y 方向的天线数目，这里设x y d d =， (1)()[1,,...,]ju j N u T N a u e e -=； cos sin w x u k d ?θ=； (1)()[1,,...,]jv j p v T p a v e e -=；
湖北理工学院 实验报告 课程名称： 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 电气与电子信息工程学院
实验一 直流电动机的运行特性 实验时间： 实验地点： 同组人： 一、实验目的： 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、预习要点 1、如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。 2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果? 3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果? 4、直流电动机调速及改变转向的方法。 三、实验主要仪器与设备： 序号 型 号 名 称 数 量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 1台 2 DJ23 校正直流测功机 1台 3 DJ15 直流并励电动机 1台 4 D31 直流电压、毫安、电流表 2件 5 D42 三相可调电阻器 1件 6 D44 可调电阻器、电容器 1件 7 D51 波形测试及开关板 1件 四、实验原理 工作特性：电源电压一定，励磁电阻一定时，η、n 、T em =f(P 2)的关系曲线。 （一）并励电动机 （U N I fN 条件下）（并励电动机励磁绕组绝对不能断开） 1． 速率特性n=f(P 2) φ e a a C R I U n -= 转速调整率 %1000?-= ?N N n n n n
02020260 2T n P T P T T T em +=+Ω = +=π 3． 效率特性η=f(P 2) （75~95）% 实验原理图见图1-1 图1－1 直流并励电动机接线图 五、实验内容及步骤 1、实验内容： 工作特性和机械特性 保持U=U N 和I f =I fN 不变，测取n 、T 2、η=f （I a ）、n=f （T 2）。 2、实验步骤： （1）并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图1-1接线。校正直流测功机 MG 按他励发电机连接，在此作为直流电动机M 的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2 选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 2）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R 1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M 起动正常后，将其电枢串联电阻R 1调至零，调节电枢电源的电压为220V ，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（50mA 或100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值：U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。 4）保持U ＝U N ，I f =I fN ，I f2为校正值不变，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流I a ，转速n 和校正电机的负载电流I F 。 表1－1 U ＝U N ＝ 220 V I f =I fN = 100 mA I f2= 81.4 mA
Simulink 仿真软件辅助电机学教学的探索 张建辉，许莹莹 （华东交通大学 电气与电子工程学院，江西南昌330013） 摘 要：介绍了Simulink 的特点及其仿真建模的方法，并给出了用Simulink 仿真软件来辅助电机学教 学的具体仿真实例．实践表明，在电机学教学中使用Simulink 仿真软件，可以帮助学生理解课程中的难点，使抽象的概念形象化，既调动了学生的学习积极性，又可以提高教学效果和质量． 关键词：仿真软件；电机学；教学方法 中图分类号：TM301；TP273文献标志码：A 文章编号：1673-0143 01-0063-04 电机学是高校电类各专业一门重要的专业基础课，它所研究的对象具有实用性、普遍性，是其他后续课程的基础，在课程设置中具有关键性地位，是该专业每个学生必须学好的一门课程．但调查显示，电机学是部分学生大学期间最讨厌的两门课之一． 电机学之所以被公认为一门难学难教的课程，主要是由该课程自身的特点和教学中客观存在的一些问题引起的．电机中，电磁量随时间、空间坐标的复杂变化、旋转关系及部分电磁量的非线性关系让学生难以理解；同时，繁多的课程内容令学生“应接不暇”．电机学的研究对象本来比较实际具体，但传统教学过多地依赖理论教学，理论与实践脱节，使学生失去了应有的学习兴趣．另一方面，随着高校扩招，实验条件受到制约，学生进行动手操作的实践机会很少，难以达到应有的教学目标． 要打破这种僵化的局面、提高学生的学习积极性，必须对传统的教学方法进行改进，在教学中引入Simulink 仿真软件进行辅助教学，可以加深学生对理论知识的理解和深化，提高学生的学习兴趣，同时还能弥补硬件实验条件的不足． 1Matlab/Simulink 动态仿真软件 由美国MathWorks 公司推出的Matlab 软件是 目前国内外最流行的计算机仿真软件，旗下的 Simulink 动态建模仿真工具，具有建模方便、直观，更改参数容易，能动态显示图形等优点，在自动控制、电机拖动仿真领域得到了广泛应用，在电机学课程的教学上也能利用其发挥作用． 对电机系统进行仿真分析主要采用Simulink 下的SimPowerSystems 库．它包括6个子模块库：电源(Electrical Sources )子库含有单相交流电源、直流电压源、受控源、三相交流电源等；元件子库(Elements )有各种支路、负载和开关、变压器等主要电力设备元件；附加子库(Extra Library )含有各种附加的控制、测量模块和特殊变压器等模块；电机子库(Machines )有直流、交流、控制等各种电机；测量子库(Measurement )含有电压、电流和阻抗等测量元件；电力电子子库(Power Electronics )里有GTO 、IGBT 、MOSFET 、Thyristor 等各种电力电子元器件． 建立仿真模型时，只需通过鼠标点击相关模块库内的模型，简单拖移到模型窗口，即可建立所研究系统的仿真模型，再利用模型元件的属性对话框设置相关参数后就可以直接对系统仿真．使用Simulink 提供的示波器(Scope )模型，可显示观测点的信号波形．从而使得复杂的系统建模和仿真变得十分容易，而且这种方式非常直观、灵活，特别适合初学者． 收稿日期：2009－10－27 基金项目：教育部特色专业建设基金项目(TS10331) 作者简介：张建辉(1979—)，男，河南郾城人，讲师，硕士，主要从事电气工程及其自动化研究． 第38卷第1期2010年3月 江汉大学学报(自然科学版) Journal of Jianghan University (Natural Sciences )Vol.38No.1Mar.2010
电机学实验报告 学院：核技术及其自动化工程专业：电气工程及其自动化 教师：黄洪全 姓名：许新 学号：200706050209
实验一异步电机的M-S曲线测绘 一．实验目的 用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩~转差曲线，并加以比较。 二．预习要点 1．复习电机M-S特性曲线。 2．M-S特性的测试方法。 三．实验项目 1．鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。 2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。 ＞T m， （n=0） 当负载功率转矩 当S≥S m 过读取不同转速下的转矩，可描绘出不同电机的M-S曲线。
四．实验设备 1．MEL 系列电机系统教学实验台主控制屏。 2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。 3．电机起动箱（MEL-09）。 4．三相鼠笼式异步电动机M04。 5．三相绕线式异步电动机M09。 五．实验方法 1 被试电动机M04法。 G 功机，与按图线，实验步骤： （1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V ，起动交流电机。观察电机的旋转方向，是之符合要求。 （2）逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后，M04电机的负载将随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注意：转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。） （3）在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表5-9。
（4）当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读出8-9组异步电机的转矩T，转速n，填入表5-10。 2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘
电机学难重点的MATLAB仿真 实验报告
铁磁材料磁化曲线的拟合 一、实验内容及目的 1.实验目的 （1）了解磁化曲线的非线性和饱和特性。 （2）掌握采用MATLAB进行曲线拟合的方法。 2.基本知识 在非铁磁材料中，磁通密度B和磁场强度H之间是线性关系，其系数就是空气的磁导率。而在铁磁材料中，二者是非线性关系，称为磁化曲线。一段典型的磁化曲线如图1所示。一般的，磁化曲线都有开始阶段，线性增长阶段，拐弯阶段和饱和阶段四部分，其中线性增长阶段和拐弯阶段的交界点就是曲线的膝点。 图1 变压器磁化曲线 由于表征磁化曲线是用磁通密度B和磁场强度H两维数组表示的，是不连续的，而且其变化特征也比较复杂。当数据量很大的时候采用这种数组形式很不方便，也占用存储量，最好的处理方式，是采用曲线拟合方法，把磁化曲线表示成显函数形式的解析表达式。 二、实验要求及要点描述 （1）采用屏幕图形方式直观显示磁化曲线。 （2）利用编程方法和MATLAB的拟合函数。 （3）根据所提供的数据，合理选取全部和部分数据绘制磁化曲线，并进行比较，
不少于4条曲线。 （4）绘制每条磁化曲线对应的图和表。 （5）在一个图中显示全部曲线，并进行区分。 三、基本知识及实验方法描述 （1）利用编程方法和MATLAB的拟合函数进行曲线拟合。 （2）由于磁感应强度B与电动势E之间是呈线性关系的，而磁场强度H和电流I之间也是呈线性关系的，所以在绘制磁化曲线时可以用E-I曲线来表示B-H 曲线，作为磁化曲线。 （3）实验中利用多项式函数来进行曲线的拟合，在MATLAB中的拟合函数为p=polyfit(H1,B1,n); poly2str(p,'x'); z=polyval(p,H1);，分别选择全部数据或者部分数据进行拟合，先将数据选择好，然后再确定用几次多项式进行拟合，分别在一个图中显示四组数据拟合的曲线，更换拟合函数的多项式次数在进行实验，然后分析实验结果。 四、实验源程序 四张表的数据都进行13次拟合 >>H1=[1.40 1.43 1.46 1.49 1.52 1.55 1.58 1.61 1.64 1.67... 1.71 1.75 1.79 1.83 1.87 1.91 1.95 1.99 2.03 2.07... 2.12 2.17 2.22 2.27 2.32 2.37 2.42 2.48 2.54 2.60... 2.67 2.74 2.81 2.88 2.95 3.02 3.09 3.16 3.24 3.32... 3.40 3.48 3.56 3.64 3.72 3.80 3.89 3.98 4.07 4.16... 4.25 4.35 4.45 4.55 4.65 4.76 4.88 5.00 5.12 5.24... 5.36 5.49 5.62 5.75 5.88 6.02 6.16 6.30 6.45 6.60... 6.75 6.91 7.08 7.26 7.45 7.65 7.86 8.08 8.31 8.55... 8.80 9.06 9.33 9.61 9.90 10.2 10.5 10.9 11.2 11.6... 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.6 16.2 16.8... 17.4 18.2 18.9 19.8 20.6 21.6 22.6 23.8 25.0 26.4... 28.0 29.7 31.5 33.7 36.0 38.5 41.3 44.0 47.0 50.0... 52.9 55.9 59.0 62.1 65.3 69.2 72.8 76.6 80.4 84.2... 88.0 92.0 95.6 100.0 105.0 110.0 115.0 120.0 126.0 132.0... 138.0 145.0 152.0 166.0 173.0 181.0 189.0 197.0 205.0 ]; >> B1=0.4:0.01:1.89 a=polyfit(h1,b1,13) for n=1:151 hf1(n)=173*(n-1)/150
天线阵代码 一、 clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; %馈电相位差 i=1; %天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长 d=lambda/2; beta=2.*pi/lambda; W=-2*pi:0.001:2*pi; y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y3=abs(y3); r3=max(y3); %归一化阵因子绘图程序, figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2') %--------------------- %只有参数N改变的天线方向图 t=0:0.01:2*pi; W=a+(beta.*d.*cos(t)); z1=(N1/2).*(W);
MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127
指导教师：杨洁昝宏洋 基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid
课程名称：电机学实验指导老师：章玮成绩：__________________ 实验名称：异步电机实验实验类型：______________同组学生：旭东 一、实验目的和要求（必填）二、实验容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1、测定三相感应电动机的参数 2、测定三相感应电动机的工作特性 二、实验项目 1、空载试验 2、短路试验 3、负载试验 三、实验线路及操作步骤 电动机编号为D21，其额定数据：P N=100W，U N=220V，I N=0.48A，n N=1420r/min，R=40Ω，定子绕组△接法。 1、空载试验 （1）所用的仪器设备：电机导轨，功率表（DT01B），交流电流表（DT01B），交流电压表（DT01B）。 （2）测量线路图：见图4-4，电机绕组△接法。 （3）仪表量程选择：交流电压表250V，交流电流表0.5A，功率表250V、0.5A。（4）试验步骤： 安装电机时，将电机和测功机脱离，旋紧固定螺丝。 试验前先将三相交流可调电源电压调至零位，接通电源，合上起动开S1，缓缓升高电源电压使电机起动旋转，注意观察电机转向应符合测功机加载的要求（右视机组，电机旋转方向为顺时针方向），否则调整电源相序。注意：调整相序时应将电源电压调至零位并切断 电源。
接通电源，合上起动开关S1，从零开始缓缓升高电源电压，起动电机，保持电动机在额定电压时空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。 调节电源电压由1.2倍（264V~66V）额定电压开始逐渐降低，直至电机电流或功率显著增大为止，在此围读取空载电压、空载电流、空载功率，共读取7~9组数据，记录于表4-3中。注意：在额定电压附近应多测几点。 试验完毕，将三相电源电压退回零位，按下电源停止按钮，停止电机。 表4-3 2、短路试验 （1）所用的仪器设备：同空载试验 （2）测量线路图：见图4-4，电机绕组△接法。 （3）仪表量程选择：交流电压表250V，交流电流表1A，功率表250V、2A。
天线阵代码 .pudn./downloads164/sourcecode/math/detail750575.htm l 一、 clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; %馈电相位差 i=1; %天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长 d=lambda/2; beta=2.*pi/lambda; W=-2*pi:0.001:2*pi; y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y3=abs(y3);
r3=max(y3); %归一化阵因子绘图程序, figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2') %--------------------- %只有参数N改变的天线方向图 t=0:0.01:2*pi; W=a+(beta.*d.*cos(t)); z1=(N1/2).*(W); z2=(1/2).*(W); W1=sin(z1)./(N1.*sin(z2)); %非归一化的阵因子K1 K1=abs(W1); %---------------------- W=a+(beta.*d.*cos(t));
课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称机电工程学院专业 班级 学生姓名 学号 课程设计地点 课程设计学时 指导教师 金陵科技学院教务处制成绩
一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。 （d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应
曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统 无积分作用单回路控制系统
大比例作用单回路控制系统 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；增大积分时间有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长，加入微分环节，有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加。 (2)．串级控制系统的设计及仿真。 （a）已知主被控对象传函W 01(s) = 1 / (100s + 1)，副被控对象传函W 02 (s) = 1 / (10s + 1)，副环干扰通道传函W d (s) = 1/(s2 +20s + 1)。 （b）画出串级控制系统方框图及相同控制对象下的单回路控制系统的方框图。（c）用MatLab的Simulink画出上述两系统。
实验报告 课程名称：电机学指导老师：史涔溦成绩：__________________实验名称：直流电动机实验实验类型：验证性实验同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1、进行电机实验安全教育和明确实验的基本要求 2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件 3、学习直流电动机的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法 4、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性 5、掌握直流并励电动机的调速方法 6、并励电动机的能耗制动 二、实验内容和原理 1、并励直流电动机起动实验 2、改变并励直流电动机转向实验 : 3、测取并励直流电动机的工作特性和机械特性 4、并励直流电动机的调速方法 三、主要仪器设备 1、直流电源（220V，3A，可调） 2、并励直流电动机 3、负载：测功机。与被测电动机同轴相连。 4、调节电阻。电枢调节电阻选取0-90欧，磁场调节电阻选取0—3000欧。 5、直流电压电流表。电压表为直流250V，电枢回路电流表量程，励磁回路电流表量程200mA。 四、操作方法与实验步骤 （1）并励直流电动机的起动实验 接线图： `
实验时，首先将电枢回路电阻调节到最大，因为起动初n=0，而端电压为额定值，如果电枢回路电阻过小那么会因电流过大而烧坏电机。其次应该Rf调节到最小，因为当电枢电流和电动势一定时，磁通量和转速是成反比的，如果磁场太弱，那么会造成很大的转速，从而造成危险。调节电源电压，缓缓启动电机，观察电动机的旋转方向是否符合负载的加载方向。最后逐步减小R1，实现分级起动，直到完全切除R1. 注意每次起动前，将测功机加载旋钮置0。实验完成后，将电压和测功机加载旋钮置0。 （2）改变并励直流电动机转向实验 改变转向，即改变导体的受力方向，则改变电枢电流或者磁场的方向都可以实现。因此对调励磁绕组或者电枢绕组的极性即可。重新起动，观察转向。 （3）测量并励直流电动机的工作特性和机械特性 1、完全起动电机并获取稳定转速，使得R1=0 2、将电动机调节到额定状态，调节电源电压测功机加载旋钮及磁场调节电阻R f ，至额定状态：U=U N ， I=I N ，n=n N ，记下此时的I f ，即I fN 。 . 3、保持U=U N ，I f =I fN 不变，调测功机加载旋钮，逐渐减小电动机负载至最小，测I、n、T 2 。 （4）并励直流电动机的调速特性1、改变电枢电压调速 1) 按操作1起动后，切除电枢调节电阻R 1（R 1 =0）
实验一单相变压器空载仿真实验 一、实验目的 1 用仿真的方法了解并求取变压器的空载特性。 2 通过变压器空载仿真了解并求取变压器的参数和损耗。 二、预习要点 1 变压器空载运行有什么特点？ 2 在变压器空载实验仿真中，如何通过仿真测取变压器的铁耗。 三、仿真项目 1 完成变压器空载运行仿真模型的搭建和参数设定。 2 仿真测取空载特性U0=f(I0)，P0= f(U0)，cosΦ0= f(U0)。 四、仿真方法 1 仿真模块 三相交流电压源 可饱和单相变压器 交流电压表 交流电流表 有功、无功功率表 示波器 显示测量数据 计算均方根值（有效值）模块 电力系统仿真环境模块（电力系统仿 真模型中必须含有一个） 2 仿真模型
三 相交流 电 压 源 V1 W A V2 U V W P0 U0 I0 a A x X 55V U AX * * 图1 变压器空载实验接线图 图2 单相变压器空载仿真模型示例图 图3 变压器参数设置示例图（右侧饱和曲线数据请输入到左侧Saturation Characteristic一栏） 3 空载仿真 1）根据图1的接线图进行仿真模型搭建，搭建仿真模型如图2所示，所有频率的设置均改成50。 2）对单相变压器以及其他元器件模块的参数设置，选定额定电压，变压器变比等。设定其额定容量S N=77 V A，U1N/U2N=55/220V。变压器低压侧接电源，高压侧开路。变压器参数设置如图3所示。
3）可自行根据需要选择需要测量的波形以及有效值量，加入示波器以及计算模块进行测量并设定仿真时间。 4）调节电压源电压，调节范围在（1.25~0.2）U N范围内，测取变压器的U0，I0，P0，cosΦ0以及二次侧电压U AX等数据。 5）测取数据时，在额定电压附近侧的点较密，共测取10组数据记录于下表。 表1 空载实验数据 五、实验报告 1. 完成表1 2. 绘制U0-I0特性曲线 3. 计算变压器变比 4. 计算低压侧的励磁参数