东北石油大学MATLAB电气应用训练
2013年 3 月 8日
MATLAB电气应用训练任务书
课程 MATLAB电气应用训练
题目直流电动机开环调速系统仿真
专业电气信息工程及其自动化姓名赵建学号 110603120121
主要内容：
采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行设计,选择调节器结构,进行参数的计算和校验；给出系统动态结构图,建立起动、抗负载扰动的MATLAB /SIMULINK 仿真模型。分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试,使双闭环直流调速系统趋于合理与完善
基本要求：
1.设计直流电动机开环调速系统
2.运用MATLAB软件进行仿真
3.通过仿真软件得出波形图
参考文献：
[1] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统—运动控制系统第3版[M]. 北京：机械工业出版社, 2007.
[2] 王兆安, 黄俊. 电力电子技术第4版[M]. 北京：机械工业出版社, 2000.
[3] 任彦硕. 自动控制原理[M]. 北京：机械工业出版社, 2006.
[4] 洪乃刚. 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]. 北京：机械工业出版社, 2006.
完成期限 2013.2.25——2013.3.8
指导教师李宏玉任爽
2013年 2 月25 日
目录
1课题背景 (1)
2直流电动机开环调速系统仿真的原理 (2)
3仿真过程 (5)
3.1仿真原理图 (5)
3.2仿真结果 (9)
4仿真分析 (12)
5总结 (13)
参考文献 (14)
1课题背景
直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。
长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。
由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。
MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。
Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型，如现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象；它可以仿真到宏观的星体，至微观的分子原子，它可以建模和仿真的对象的类型广泛，可以是机械的、电子的等现实存在的实体，也可以是理想的系统，可仿真动态系统的复杂性可大可小，可以是连续的、离散的或混合型的。Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。
传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开始
使用直流调速系统。它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM 控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可控性、经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。
2直流电动机开环调速系统仿真的原理
直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，并通过改变触发器移相控制信号Uc 调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图1-1 所示。在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流电源，直流电动机励磁由直流电源直接供。
任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。例如，最高转速与最低转速之间的范围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时允许转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载时允许的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。归纳起来，对于调速系统转速控制的要求有以下三个方面：
(1) 调速。在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地（有级）或平滑地（无级）调节转速。
(2) 稳速。以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量。
(3) 加、减速。频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起、制动尽量平稳。
为了进行定量的分析，可以针对前两项要求定义两个调速指标，叫做“调速范围”和“静差率”。这两个指标合称调速系统的稳态性能指标。
(1) 调速范围
生产机械要求电动机提供的最高转速max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围，用字母D 表示，即
min
max n n D （ 1 ） 其中，max n 和min n 一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的
机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的最高和最低转速。
(2) 静差率
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落N n ∆，与理想空载转速0n 之比，称作静差率s ，即
n n s N ∆=
（ 2 ）或用百分数表示
%1000⨯∆=n n s N ( 3 ) 显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。
然而静差率与机械特性硬度又是有区别的。一般变压调速系统在不同转速下的机械特性是互相平行的，对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。
由此可见，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。在调速过程中，若额定速降相同，则转速越低时，静差率越大。如果低速时的静差率能满足设计要求，则高速时的静差率就更能满足要求了。因此，调速系统的静差率指标应以最低速进所能达到的数值为准。
(3) 直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速N n 作为最高转速，若额定负载下的转速降落为N n ∆，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即
N N N n n n n n s ∆+∆=∆=
min min 0 ( 4 ) 于是，最低转速为
()s n s n s n n N N N ∆-=∆-∆=
1min ( 5 ) 而调速范围为
min
min max n n n n D N ==
( 6 ) 将上面的min n 式代入，得
()
s n s n D N N -∆=1 （ 7 ） 式（7）表示变压调速系统的调速范围、静差率和额定速降之间所应满足的关系。对于同一个调速系统，N n ∆值一定，由式（7）可见，如果对静差率要求越严，即要求s 值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。
图 1 直流开环调速系统电气原理
3仿真过程
3.1仿真原理图
图2 直流电动机开环调速系统结构图
根据实验原理图在MATLAB软件环境下查找器件、连线，接成入上图所示的线路图。1）仿真具体步骤
a、点击图标，打开MATLAB软件，在工具栏里根据提示点击，点击MATLAB ，打开一个对话框，点击里的new model，创建一个新文件。
b、点击工具栏的，打开元器件库查找新的元器件。
C、原件库如下图所示
图3 原件库
2）所用元器件及其参数设置
a)三相交流电源A、B、C
图4 三相电源参数设置
设置三相电压都为220V，两两之间相位差为120，分别为0、-120、-240。
b)6-Pulse Generator
图5 6-Pulse Generator
c）Universal Bridge
普通的桥电路起着过载保护作用，防止电流过大烧坏电机。
图6 Universal Bridge
d) DC Machine（直流电动机）
直流电动机的运行特性主要有两条:一条是工作特性，另一条是机械特性，即转速-转矩特性。分析表明，运行性能因励磁方式不同而有很大差异。
F+和F-是直流电机励磁绕组的连接端，A+和A-是电机电枢绕组的联结端，TL 是电机负载转矩的输入端。m端用于输出电机的内部变量和状态，在该端可以输出电机转速、电枢电流、励磁电流和电磁转矩四项参数。
修改参数电枢电阻和电感（Armature resistance and inductance）为[0.21
0.0021]，励磁电阻和电感（Field resistance and inductance）为[146.7
0]，励磁和电枢互感（Field-armature mutual inductance）为0.84，转动惯量（Total inertia）为0.572，粘滞摩擦系数（Viscous friction coefficient）为0.01，库仑摩擦转矩（Coulomb friction torque）为1.9，初始角速度(initial speed)为0.1。
图7直流电机设置
e）放大器，设置放大系数。
图8放大器设置
f）阶跃信号
图9阶跃信号设置
3.2仿真结果
由以上原理图绘制，参数设置，以及波形调试得出以下仿真结果，其波形图如下所示：
以下波形分别为转速n，电枢电流Ia，励磁电流If，转矩T
a）转速n
图10 转矩n波形图b）电枢电流Ia
图11电枢电流波形图C）励磁电流If
图12励磁电流波形图d）输出电压ud
图13输出电压波形图e）RSM输出电压ud1
图14 RSM输出电压波形图
f）转矩T
图15 转矩波形图
4仿真分析
从上图仿真的波形可以看出，此仿真非常接近于理论分析的波形。
U就可以改变电动机的转晶闸管-电动机系统就是开环调速系统，调节控制电压
c
速。如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速。但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求。例如龙门刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大小常有波动，但是，为了保证工件的加工精度和加工后的表面光洁度，加工过程中的速度却必须基本稳定，也就是说，静差率不能太大，一般要求，调速范围D=20～40，静差率s≤5%。又如热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内连续轧制，要求各机架出口线速度保持严格的比例关系，使被轧金属的每秒流量相等，才不致造成钢材拱起或拉断，根据工艺要求，须使调速范围D=3～10时，保证静差率s≤0.2%～0.5%。在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。
5总结
这次用MATLAB软件进行仿真，相对来说实验现象观看的没有那么形象，但是调节起来比较方便，没有很大麻烦。但是对于参数计算，我不是很了解，抽象的没有具体的好把握一点，但是工作效率提高了。
这次仿真结束，我又学习了一种课题的实验方法，用两种不同的形式解决了同一个问题，让我了解了学习的多元性，增加了学习的乐趣，引起了我的探知性。
谢谢老师和同学，在我进行仿真的时候给我以指导和帮助！
参考文献：
[1] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统—运动控制系统第3版[M]. 北京：机械工业出版社, 2007.
[2] 王兆安, 黄俊. 电力电子技术第4版[M]. 北京：机械工业出版社, 2000.
[3] 任彦硕. 自动控制原理[M]. 北京：机械工业出版社, 2006.
[4] 洪乃刚. 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]. 北京：机械工业出版社, 2006.
东北石油大学课程设计成绩评价表
指导教师：年月日
直流电机调速matlab仿真报告 以直流电机调速Matlab仿真报告为标题 引言： 直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于工业、交通、家电等领域。在实际应用中，电机的调速控制是一项关键技术，可以使电机在不同工况下实现恒定转速或变速运行。本文将利用Matlab软件进行直流电机调速的仿真实验，旨在通过仿真结果分析不同调速控制策略的优劣，并提供一种基于Matlab的直流电机调速方法。 一、直流电机调速原理 直流电机的调速原理基于电压与转速之间的关系。电机的转速与输入电压成正比，即在给定电压下，电机转速可以通过调整电压大小来实现调速。常用的直流电机调速方法有电压调速、电流调速和PWM调速等。 二、Matlab仿真实验设置 本次仿真实验将以直流电机调速为目标，基于Matlab软件进行实验设置。首先，需要建立电机的数学模型，包括电机的转速、电流和电压等参数。其次，选择合适的调速控制策略，如PID控制、模糊控制或神经网络控制等。最后，通过调节电压输入，观察电机的转速响应和稳定性。 三、PID控制调速实验
1. 实验目的 本实验旨在通过PID控制器对直流电机进行调速控制，并分析不同PID参数对控制效果的影响。 2. 实验步骤 (1) 建立直流电机的数学模型； (2) 设计PID控制器，包括比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd； (3) 利用Matlab软件进行仿真，设定电机的目标转速和初始转速； (4) 通过调节PID参数，观察电机的转速响应和稳定性。 3. 实验结果与分析 根据实验设置，我们分别对比了不同PID参数值下的电机转速响应曲线。结果显示，在合适的PID参数设置下，电机能够实现快速响应和稳定控制。但是，过大或过小的PID参数值都会导致转速超调或调速不稳定的问题。 四、模糊控制调速实验 1. 实验目的 本实验旨在通过模糊控制器对直流电机进行调速控制，并分析不同模糊规则和输入输出的影响。 2. 实验步骤 (1) 建立直流电机的数学模型；
直流电动机开环调速系统仿真 随着电动机在工业、交通等领域的广泛应用，开发一种高效可靠的电动机控制系统对 于提高整个工业的精度和效率至关重要。其中，直流电动机开环调速系统是电动机控制系 统中的一种基础环节，其使得直流电动机能够以合适的速度运行，完成工作任务。 一、调速系统的基本原理 1. 直流电动机的基本结构与原理 直流电动机由定子、转子、刷子、通电电源四个基本部分组成，其中，定子上包覆绕组，绕组所带的电流受到直流电源的控制，与转子上的永磁体受到的作用力相互作用，产 生电动力和电磁力，从而使转子旋转。 2. 直流电动机的调速 根据直流电动机的转矩-速度特性曲线可知，直流电动机的转速与电极数、电流和电 磁力等因素密切相关。因此，通过控制直流电动机的电流大小，可以达到调节直流电动机 转速的目的。 直流电动机开环调速系统主要由电动机本体、电流传感器、减速器以及驱动器等基 本组成部分组成。其中，电流传感器用于检测电动机电流的大小，而驱动器则输出一定的 电压或电流，控制直流电动机的运行。 二、仿真实现 1. 基本仿真模型 基于MATLAB/Simulink软件建立的直流电动机开环调速系统仿真模型主要由瞬时电压、转速检测、控制逻辑、直流电机、直流电阻负载以及电流检测等组成，实时进行电磁转矩 的计算，最终得到直流电机的运动状态，从而实现调速功能。 2. 仿真分析 通过此仿真模型，我们可以得到直流电动机的运行状态，理解不同负载下的转矩-转 速特性曲线以及电流在不同转速下的变化，从而通过调节电流、电压等参数，以达到理想 的调速效果。 三、结论 直流电动机的开环调速系统是一个重要的电动机控制系统组成部分，其能够有效地提 高电动机的自动控制能力，大大提升了直流电动机的工作效率和精度。本文通过介绍直流
直流调速系统的MATLAB 仿真 一、开环直流速系统的仿真 开环直流调速系统的电气原理如图1所示。直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图2所示。 M U d + I d GT U c E + - - UCR 图1 开环直流调速系统电气原理图 图2 直流开环调速系统的仿真模型 为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为 min c cmax 9090U U αα?-=?-
在本模型中取min 30α=?，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。 仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =， N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =?。励磁电压f 220V U =，励磁电 流f 1.5A I =。采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。平波电抗器 d 20mH L =。仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动 和起动后加额定负载时的电机转速n 、电磁转矩e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。N 220V U = 仿真步骤： 1）绘制系统的仿真模型（图2）。 2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压 N rec N 2min 2200.3136 130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++?= =≈?? ② 电动机参数 励磁电阻： f f f 220 146.7()1.5 U R I = ==Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。 电枢电阻： a 0.2R =Ω 电枢电感由下式估算： N a N N 0.422019.1 19.10.0021(H)2221460136 CU L pn I ?==?≈??? 电枢绕组和励磁绕组间的互感af L ： N a N e N 2200.2136 0.132(V min/r)1460 U R I K n --?= =≈?
实验一、开环直流调速系统的仿真实验 实验目的 本实验旨在通过搭建开环直流调速系统的仿真实验平台，深入理解电机的转速 调节原理，了解直流电机的调速方法，掌握仿真软件的基本操作，为后续实验打下坚实的基础。 实验器材 •个人电脑 •仿真软件MATLAB/Simulink 实验原理 直流电动机的转速调节方法有开环调速和闭环调速两种。开环调速是采用给定 电压和负载转矩（或负载电流）的关系表格，来确定电机所需要的电压值，然后通过直流调速器给电机供给相应电压值来调节电机的转速。本次实验采用开环调速 方法，实现直流电动机的转速控制。电机通过直接接到电源上，输入直流电，可在一段范围内自动调节电机的转速。实验过程中，通过修改电机被驱动的电压来达到调节电机的转速和功率的目的。 实验步骤 1.在MATLAB/Simulink软件中新建一个仿真模型。 2.从Simulink库中拖拽Power System Toolbox中引入电源，将其与直 流电动机模块相连。 3.调整电压、电流、电功率大小，展示不同转速下直流电动机的性能。 4.分析电动机性能曲线并记录实验数据。 5.结束实验后，停止仿真，保存实验数据。 实验结果 通过本次实验，得到了不同电压下直流电动机的表现，所有数据都记录到实验 报告中，以供参考。从实验结果来看，不同电压下直流电动机的性能有很大的差异。不同电压产生的转速和功率差异也十分明显。 本实验是初步了解直流电动机转速调节原理的实验，从中我们可以清晰地了解 到开环调速的方法和它的应用。同时还要深刻理解几个关键的概念，如转速、电压和功率之间的关系，并且会更加熟练地掌握这些内容。
此外，在进行实验时还需要注意实验操作的细节，避免出现过程错误和误差。我们需要紧密联系育人活动和实验课程，深入了解和掌握实验原理，要严格按照实验要求操作，提高实验技能和实验思维能力，为以后的实验打下基础。
基于MATLAB／SIMULINK的无刷直流电动机系统仿真 0引言 无刷直流电机（Brushless DC Motor，以下简称BLDCM），是随着电力电子技术和永磁材料的发展而逐渐成熟起来的一种新型电机。为了有效的减少控制系统的设计时间，验算各种控制算法，优化整个控制系统，有必要建立BLDCM 控制系统仿真模型。本文在BLDCM数学模型的基础上，利用MATLAB的SIMULINK和S-FUNCTION建立BLDCM的仿真模型，并通过仿真结果验证其有效性。 1无刷直流电机仿真模型 本文在MATLAB的SIMULINK的环境下，利用其丰富的模块库，在分析BLDCM数学模型的基础上，建立BLDCM控制系统仿真模型，系统结构框图如图1所示。
图1 无刷直流电机控制原理框图 以图1为基础，按照模块化建模的思想搭建的系统的仿真模型如图2所示。整个控制系统主要包括电动机本体模块、逆变器模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等。 图2 无刷直流电机控制系统仿真模型框图 1.1电动机本体模块 在整个控制系统的仿真模型中，BLDCM本体模块是最重要的部分，该模块根据BLDCM电压方程求取BLDCM三相相电流，而要获得三相相电流信号i a，i b，
i c必须首先求得三相反电动势信号e a，e b，e c，整个电动机本体模块的结果如下图3所示。电机本体模块包括反动电势求取模块，中性点求取模块，转矩计算模块和位置检测模块。 图3 电机本体模块 1.反电势求取模块 本文直接采用了SIMULINK中的Lookup Table模块，运用分段线性化的思想，直观的实现了梯形波反电动势的模拟，具体实现如图4所示。
MATLAB电机仿真精华50例 引言 在电机设计与开发过程中，仿真是非常重要的一环。通过使用MATLAB软件，可以模拟各种电机系统，并通过仿真来验证设计和优化控制算法。本文将介绍50个电机仿真的经典案例，涵盖了从传统直流电机到现代无刷直流电机的各种类型。 目录 1.直流电机仿真案例 1.直流电机速度控制仿真 2.直流电机转矩控制仿真 3.直流电机位置控制仿真 2.交流电机仿真案例 1.感应电机启动仿真 2.永磁同步电机转矩控制仿真 3.永磁同步电机鲁棒性仿真 3.无刷直流电机仿真案例
1.无刷直流电机速度控制仿真 2.无刷直流电机位置控制仿真 3.无刷直流电机参数识别仿真 直流电机仿真案例 直流电机速度控制仿真 直流电机速度控制是电机控制领域的经典问题。通过使用MATLAB中的控制工具箱，我们可以设计速度控制闭环，并进行仿真验证。以下是一个简单的直流电机速度控制仿真案例： 1.定义直流电机速度模型； 2.设计PI速度控制器； 3.运行仿真，观察速度响应曲线。 直流电机转矩控制仿真 直流电机转矩控制是实现精确转矩输出的关键。通过调节电机绕组的电流，可以控制电机的输出转矩。以下是一个简单的直流电机转矩控制仿真案例： 1.定义直流电机转矩模型； 2.设计PID转矩控制器； 3.运行仿真，观察转矩输出曲线。 直流电机位置控制仿真 直流电机位置控制是实现精确位置控制的关键。通过结合速度反馈和位置反馈，可以实现精确的位置控制。以下是一个简单的直流电机位置控制仿真案例： 1.定义直流电机位置模型； 2.设计PID位置控制器； 3.运行仿真，观察位置响应曲线。
交流电机仿真案例 感应电机启动仿真 感应电机启动是电机启动过程中的关键问题。通过仿真可以验证各种启动方法的性能和可行性。以下是一个简单的感应电机启动仿真案例： 1.定义感应电机启动模型； 2.设计电压频率启动方法； 3.运行仿真，观察启动时间和电流曲线。 永磁同步电机转矩控制仿真 永磁同步电机转矩控制是实现高效电机控制的关键。通过调节电机绕组的电流和磁场，可以控制电机的输出转矩。以下是一个简单的永磁同步电机转矩控制仿真案例： 1.定义永磁同步电机转矩模型； 2.设计控制器以控制电流和磁场； 3.运行仿真，观察转矩输出曲线。 永磁同步电机鲁棒性仿真 永磁同步电机鲁棒性是实现稳定性和鲁棒性的关键问题。通过仿真可以验证控制算法在不同参数变化和干扰下的性能表现。以下是一个简单的永磁同步电机鲁棒性仿真案例： 1.定义永磁同步电机模型； 2.设计鲁棒控制算法以应对参数变化和干扰； 3.运行仿真，观察系统的鲁棒性和稳定性。 无刷直流电机仿真案例 无刷直流电机速度控制仿真 无刷直流电机速度控制是实现高效电机控制的关键。通过调节电机绕组的电流和磁场，可以控制电机的输出转矩和速度。以下是一个简单的无刷直流电机速度控制仿真案例： 1.定义无刷直流电机速度模型；
直流电动机开环调速系统仿真 直流电动机开环调速系统原理 1原理 直流开环调速系统的电气原理如图1所示。直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电，并通过改变触发器移相控制信号U c调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图2所示。 在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流电源，直流电动机励磁由直流电源直接供电。 图1 直流开环调速系统电气原理 图3 移相特性 2个参数的理论计算值 Generator)的同步电压连接。触发器的控制角（alpha—deg端）通过了移相控制环节（shifter），移相控制模块的输入是移相控制信号Uc（图2中Uc），输出是控制角，移相控制信号Uc由常数模块设定。移相特性如图3所示。移相特性的数学表达式为
Uc Uc a a max min 9090-︒+ ︒= 在本模型中取︒=30min a ，V Ucm 10±=，所以Uc a 690+︒=。在电动机的负载转矩输入端TL 接入了斜坡（Ramp ）和饱和(Satutration)两个串联模块，斜坡模块用于设置负载转矩上升速度和加载的时刻，饱和模块用于限制负载转矩的 2仿真过程 2.1仿真原理如图2 根据实验原理图在Matlab 软件环境下查找器件、连线，接成入上图所示的线路图。 图2 直流电动机开环调速系统的仿真模型 1、具体步骤 a 、点击桌面Matla b 图标，打开Matlab 软件，在工具栏里根据提示点击， 再点击matlab help ，打开一个对话框，点击里的new model ，创建一个 文件头为 的新文件。 b 、点击View ，Library Browser ，打开元器件库查找新的元器件。
直流电动机动态特性曲线Matlab仿真 1. 引言 直流电动机作为一种常见的电动机类型，在许多领域中有着广泛的应用。本文档旨在通过Matlab仿真，详细分析和研究直流电动机的动态特性曲线。 2. 直流电动机动态特性 直流电动机的动态特性是指其转速、转矩等参数随时间变化的关系。其主要受到输入电压、负载、电枢电流等因素的影响。 3. Matlab仿真 本节将介绍如何使用Matlab进行直流电动机动态特性曲线的仿真。 3.1 仿真模型
在Matlab/Simulink中，我们可以通过搭建直流电动机模型来进行仿真。该模型主要包括以下几个部分：电源、电动机本体、负载 和测量设备。 3.2 仿真参数设置 在进行仿真前，我们需要设置一些参数，如电动机的额定电压、额定电流、额定转速等。 3.3 仿真结果 通过仿真，我们可以得到直流电动机的动态特性曲线，包括转速、转矩等参数随时间的变化关系。 4. 结果分析 通过对仿真结果的分析，我们可以更深入地了解直流电动机的 动态特性，从而为实际应用中的电机控制提供参考。 5. 结论
本文档通过Matlab仿真，详细研究了直流电动机的动态特性曲线。仿真结果可以帮助我们更好地了解直流电动机的动态行为，为实际应用中的电机控制提供理论依据。 参考文献 [1] 刘补贴, 张卫东, 余永权. 直流电动机动态特性的研究[J]. 电机与控制学报, 2015, 19(3): 45-50. [2] 陈家骏, 黄辉. 基于Matlab的直流电动机动态特性仿真研究[J]. 机电工程, 2018, 35(2): 62-67. [3] 王宇, 赵志宇, 韩雪梅. 直流电动机动态特性曲线的研究[J]. 电气时代, 2016, 34(10): 63-65.
院系电子信息工程系班级 10电气（4）姓名齐国昀学号 107301427 实验名称开环直流调速系统的建模与仿真实验日期 2012 - 11- 29 一、实验目的 1、掌握开环直流调速系统的组成和工作原理； 2、掌握使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真； 3、检验仿真结果与理论分析的关系。 二、实验步骤： 1、主电路的建模和参数设置： 开环直流调速系统的主电路主要由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直 流电动机等部分组成。打开MATLAB软件，从左侧窗口中拉出主电路所需器件进行连线，参 数设置如下：三相对称交流电压源（交流峰值电压取176.75、初相位0°，频率50HZ，其它为 默认值，B、C相与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外）、晶闸管整流桥（缓冲电 阻Rs=50K、缓冲电容Cs为无穷大inf、内电阻Ron=0.001、内电抗Lon=0）、平波电抗器（阻 抗R=0、电感L=5Ml/电容C为无穷大inf）、直流电动机（励磁电阻Rf=146.7、电感取0、电枢 电阻Ra=1.5、电枢电感La=0.016、电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.76H、电机转动惯量 J=0.57kg.m^2、额定负载转矩Tl=18N.m）； 2、控制电路的建模和参数设置： 开环直流调速系统的控制电路只是一个给定环节，可以从输入模块选取“Constant”模块，双击该模块图标，打开参数设置对话框，将参数设置为20rad/s。实际调速时，转速给定信号是 在一定范围内变化的。 将主电路和控制电路的仿真模型按照开环直流调速系统电气原理图的连接关系进行模型 连接，并用示波器观察三相交流电压源、触发脉冲信号、晶闸管整流桥的输出整流电压以及整 流电压的平均值、直流电动机的转速n、电枢电流Ia、励磁电流If、电磁转矩Te等参数。 3、系统的仿真参数设置：
《MATLAB工程应用》 晶闸管开环直流调速系统仿真 一、选题背景 运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统，在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。自动调速系统主要包括直流调速系统和交流调速系统。在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。此外，建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现有的调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件不同，但其基本控制原理是一样的。 二、原理分析（设计理念） 直流电动机电枢由晶闸管整流电路经平波电抗器供电，通过改变触发器移项控制信号调节晶闸管的控制角，从而获得可调的直流电压，以实现直流电动机的调速。 三、过程论述 1、用MATLAB建立晶闸管开环直流调速系统仿真模型
2、元器件参数设置
四、结果分析 1、晶闸管开环直流调速系统的转速波形 2、晶闸管开环直流调速系统的电枢电流波形
3、晶闸管开环直流调速系统的转矩波形 4、改变触发角后的转速波形 五、课程设计总结 通过本次实验让我学习并掌握晶闸管开环直流调速系统模型建立及模型参数设置的方法和步骤，熟悉并掌握系统仿真参数设置的方法和步骤。学会了利用MA TLAB 软件对系统进行稳态与动态计算与仿真。巩固并加深对晶闸管开环直流调速系统理论知识的理解。 参考文献 1、《电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用》刘健西安电子科技大学出版社。 2、《MATLAB应用与实验教程》，贺超英，电子工业出版社。 3、《电力电子应用技术的MATLAB仿真》，杜飞中国电力出版社。
东北石油大学MATLAB电气应用训练 2013年 3 月 8日
MATLAB电气应用训练任务书 课程 MATLAB电气应用训练 题目直流电动机开环调速系统仿真 专业电气信息工程及其自动化姓名赵建学号 110603120121 主要内容： 采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行设计,选择调节器结构,进行参数的计算和校验；给出系统动态结构图,建立起动、抗负载扰动的MATLAB /SIMULINK 仿真模型。分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试,使双闭环直流调速系统趋于合理与完善 基本要求： 1.设计直流电动机开环调速系统 2.运用MATLAB软件进行仿真 3.通过仿真软件得出波形图 参考文献： [1] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统—运动控制系统第3版[M]. 北京：机械工业出版社, 2007. [2] 王兆安, 黄俊. 电力电子技术第4版[M]. 北京：机械工业出版社, 2000. [3] 任彦硕. 自动控制原理[M]. 北京：机械工业出版社, 2006. [4] 洪乃刚. 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]. 北京：机械工业出版社, 2006. 完成期限 2013.2.25——2013.3.8 指导教师李宏玉任爽 2013年 2 月25 日
目录 1课题背景 (1) 2直流电动机开环调速系统仿真的原理 (2) 3仿真过程 (5) 3.1仿真原理图 (5) 3.2仿真结果 (9) 4仿真分析 (12) 5总结 (13) 参考文献 (14)
1课题背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。 长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。 由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。 MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。 Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型，如现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象；它可以仿真到宏观的星体，至微观的分子原子，它可以建模和仿真的对象的类型广泛，可以是机械的、电子的等现实存在的实体，也可以是理想的系统，可仿真动态系统的复杂性可大可小，可以是连续的、离散的或混合型的。Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。 传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开始
直流调速系统的MATLAB仿真 直流调速系统是一种常见的电动机调速系统，其通过控制电枢电流或 者换向电压，实现对电机转速的控制。MATLAB是一款功能强大的工程软件，可以进行系统的建模仿真和控制算法的开发，因此可以用来进行直流 调速系统的MATLAB仿真。 首先，我们需要对直流调速系统进行建模。直流调速系统的主要组成 部分包括电机、电流控制器和运动控制器。电机是系统的执行器，电流控 制器用来控制电机的电流，根据控制电机速度的需求调节电机的电压和电流。运动控制器用来计算输出控制电压，控制电机的转速。 在MATLAB中，可以使用Simulink工具箱进行系统的建模。Simulink 提供了丰富的电气元件库和控制元件库，方便用户进行系统的搭建。首先，我们需要在Simulink中搭建直流电机模型，可以使用电感、电阻和后验 电动势等元件来描述电机的特性。然后，可以添加电流控制器和运动控制器，分别用来控制电机的电流和速度。 在仿真过程中，我们可以通过输入电压的变化来模拟用户对电机速度 的调节。可以使用阶跃输入信号来模拟用户的控制输入。然后，通过对系 统进行仿真，观察输出转速的变化，并根据需要对控制算法进行调节。可 以使用MATLAB的绘图工具对输出转速进行可视化，也可以记录仿真过程 中的各种参数，方便后续的分析和处理。 当然，在进行直流调速系统的MATLAB仿真时，还可以加入一些其他 的因素，如电机负载变化、电机参数变化等。这些因素会对系统的动态性 能和稳态精度产生影响，因此需要在仿真过程中对其进行考虑。
总之，直流调速系统的MATLAB仿真可以帮助我们进行系统的设计和优化。通过对系统的建模和仿真，以及对仿真结果的分析，可以帮助我们更好地理解和掌握直流调速系统的原理和特性，并且为系统的实际应用提供指导和支持。
直流电动机机械特性曲线在Matlab中的 仿真 简介 本文档将介绍如何使用Matlab软件进行直流电动机机械特性曲线的仿真。直流电动机是一种常见的电动机类型，了解其机械特性对于电机控制和应用非常重要。 准备工作 在开始仿真之前，需要准备以下内容： 1. 安装Matlab软件：确保你已经安装了最新版本的Matlab软件，以便进行仿真实验。 2. 直流电动机参数：收集直流电动机的参数，包括额定电压、额定电流、空载转速、额定转速等。
3. 电机模型：根据直流电动机的参数建立电机模型，包括电机 的转矩方程和转速方程。 仿真步骤 以下是在Matlab中进行直流电动机机械特性曲线仿真的步骤： 1. 创建仿真模型：打开Matlab软件，并创建一个新的仿真模型。你可以选择使用Simulink工具箱来建立电机的仿真模型。 2. 设定电机参数：在仿真模型中，设定直流电动机的参数，包 括额定电压、额定电流、空载转速、额定转速等。 3. 建立电机模型：根据直流电动机的参数建立电机模型。这包 括建立电机的转矩方程和转速方程。 4. 设定输入信号：为了进行仿真实验，需要设定一个输入信号，例如电压或电流信号。可以根据需要设定输入信号的幅值和频率。
5. 运行仿真：在仿真模型中运行仿真实验。根据设定的输入信 号和电机模型，Matlab将计算出电机的转速、转矩等参数，并生成 相应的机械特性曲线。 6. 分析结果：根据仿真结果，分析直流电动机的机械特性曲线。可以通过绘制曲线图、计算关键参数等方式来分析仿真结果。 结论 通过使用Matlab软件进行直流电动机机械特性曲线的仿真， 我们可以更好地了解直流电动机的性能和特点。这对于电机控制和 应用的设计和优化非常有帮助。希望本文档能够帮助你进行直流电 动机的仿真实验。
基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真 直流调压调速控制系统是工业自动化领域中常见的一种控制系统，它可以实现对直流电机的电压和速度进行精确的控制。本文基于MATLAB软件对直流调压调速控制系统进行了仿真，主要包括建立电路模型、设计控制器、进行系统仿真等步骤。通过仿真分析，可以验证控制系统的性能和稳定性，为实际工程应用提供参考。 一、直流电机数学模型 直流电机是直流调压调速控制系统的执行元件，其数学模型可以基于电路和机械原理进行建模。直流电机的数学模型主要包括电动势方程和机械方程，可以用下面的公式表示： 1）电动势方程： \[E_a = K_e \omega\] \(E_a\)是电机的电动势，\(K_e\)是电机的电机常数，\(\omega\)是电机的角速度。 综合考虑电动势方程和机械方程，可以得到直流电机的传递函数： \[G(s) = \frac{k}{(s+a)(s+b)}\] \(k\)是传递函数的增益，\(a\)和\(b\)是传递函数的两个极点。 二、控制器设计 在直流调压调速控制系统中，通常采用PID控制器来实现对电压和速度的精确控制。PID控制器的传递函数可以表示为： \[C(s) = K_p + K_i \frac{1}{s} + K_d s\] \(K_p\)、\(K_i\)和\(K_d\)分别是比例环节、积分环节和微分环节的增益。 为了实现对电压和速度的精确控制，可以设计两个PID控制器，分别用于电压环和速度环。电压环的PID控制器可以根据电机的电动势方程进行设计，速度环的PID控制器可以根据电机的机械方程进行设计。 三、系统仿真 基于MATLAB软件，可以建立直流调压调速控制系统的仿真模型，对系统进行模拟和分析。需要建立直流电机的数学模型，包括电动势方程和机械方程，并将其转化为传递函数
摘要 在电力拖动系统中，调节电压的直流调速是应用最广泛的一种调速方法，除了利用晶闸管整流器获得可调直流电压外，还可利用其它电力电子元件的可控性，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电压调制成极性可变，大小可调的直流电压，用以实现直流电动机电枢两端电压的平滑调节，构成直流脉宽调速系统，随着电力电子器件的迅速发展，采用门极可关断晶体管GTO、全控电力晶体管GTR、P-MOSFET、绝缘栅晶体管IGBT等一些大功率全控型器件组成的晶体管脉冲调宽型开关放大器（Pulse Width Modulated）,已逐步发展成熟，用途越来越广。本文主要讨论了直流调速系统的基本概念，在此基础上系统地介绍了转速负反馈单闭环调速系统，转速电流负反馈双闭环调速系统的组成，工作原理，脉宽调速系统的原理和控制方法，介绍了直流脉宽调速系统的控制电路和系统构成。最后应用MATLAB的Simulink，采用面向电气原理结构图的仿真技术，对直流脉宽调速系统进行了仿真分析。 关键词：调速，PWM控制，直流电动机，仿真
目录 第一章引言 1.1 直流调速系统简介 (5) 1.2 PWM直流调速的研究背景和发展状况 (5) 1.3 本设计的主要容 (6) 第二章直流电机调速系统 2.1 直流电机调速系统的概述 (7) 2.1.1 旋转变流机组直流电机调速系统 (7) 2.1.2 静止式可控整流器调速系统 (7) 2.1.3 直流斩波器或脉宽调速 (8) 2.2 电机基本调速方法 (9) 2.2.1 电枢串电阻调速 (9) 2.2.2 弱磁调速 (9) 2.2.3 调压调速 (10) 2.3 转速控制的要求和调速指标 (10) 2.4 闭环直流调速系统 (11) 2.4.1单闭环直流调速系统 (11) 2.4.2 转速电流双闭环调速系统 (14) 2.4.2.1 双闭环系统的稳态结构图和静特
东北大学秦皇岛分校控制工程学院自动控制系统课程设计 设计题目：直流电动机开环调速系统 设计与仿真 专业名称自动化 班级学号 学生姓名 指导教师
word教育资料
设计时间2015.7.13-2014.7.24 东北大学秦皇岛分校课程设计用纸成绩 目录 1 -设计任务书 (3) 2 ...................................................... 概述 4 2.1前言 (4) 2.2系统原理 (5) 2.3simulink 申匡图 (6) 3.元件参数设置 (8) 3.1三相交流电压源设置 (8) 3.2.同步六脉冲触发器 (8) 3.3.三相全控桥整流电路 (9) 3.4.直流电动机设计 (9) 4.仿真结果分析 (10) 4.2当30°时 (13) 4.3当60°时 (15) 4.4当90°时 (18) 4.5励磁电流 (20) 5.结论 (21)
6.参考文献 (23)
7.结束语 (23) 东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计任务书专业自动化班级姓名设计题目：直流电动机开环调速系统设计与仿真 一=设计实验条件地点：实验室实验设备：PC机 二、设计任务 直流电动机的额定数据为220V，136A，1460r/min，4 极，Ra=0.21 、 GD2 =22.5N m2；励磁电压为220V，励磁电流为1.5A。采用三相桥式全控整流电路。平波电抗器L P =200mH。 设计要求：设计并仿真该晶闸管■电动机（V-M）开环调速系统。观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流变化。 三、设计说明书的内容 1、设计题目与设计任务（设计任务书） 2、前言（绪论）（设计的目的、意义等） 3、主体设计部分 4、参考文献 5、结束语 四、设计时间与设计时间安排 1、设计时间：7月13日〜7月24 B 2、设计时间安排：熟悉课题、收集资料：3天（7月13日〜7月150） 具体设计（含上机实验）：6天(7月16日〜7月21 编写课程设计说明书： 2天(7月 22 日〜7 月 口、 23 答辩：1天(7月24日）