电动汽车原理基于Matlab的伺服电机正反转动画仿真

第２５卷第４期２０１１年１２月传动技术ＤＲＩＶＥＳＹＳＴＥＭＴＥＣＨＮＩＱＵＥＶ０１．２５ＮＯ．４Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２０１１文章编号：１００６—８２４４（２０１１）０４－３３—０５基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的电动助力转向系统控制算法仿真研究ＡＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＣｏｎｔｒｏｌＡｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｔｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ何字满ｎ’顾梦妍心’（１．上海交通大学汽车电子控制技术国家工程实验室上海２００２４０；２．上海工程技术大学上海２０１６２０）ＨｅＺｉｍａｎ‘１’ＧｕＭｅｎｇｙａｎ‘２’（１．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０；２．ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０）［摘要］简述了电动助力转向系统（ＥＰＳ）的组成机构和不同控制模式下的工作原理。

根据简化的物理模型，将电动助力转向系统划分为了三个组成部分，并分别陈列了各个组成部分的数学模型。

针对汽车不同的行驶工况，提出了三种不同的转向控制模式。

基于电动助力转向系统的数学模型和不同控制模式，在ＭＡＴ—ＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中构建了控制器的仿真模型。

通过追踪助力电机的目标电流，分析转向轻便性和路感，验证了本文施加的基本ＰＩＤ和ＰＷＭ控制策略较好地协调了汽车转向时“轻”与“灵”的矛盾，提高了汽车转向时的操作稳定性。

‘［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＴｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｔｅｅｒｉｎｇ（ＥＰＳ）ｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｓｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｓｉｍｐｌｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ，ＥＰＳｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｐａｒｔｓ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｏｆｅｖｅｒｙｐａｒｔｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｓｗｅｒｅｉｍｒｏｄｕｃｅｄｆｏｒａｄａｐｔｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｓｏｆＥＰＳｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｂｕｉｌｔｉｎＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｒａｃｋｉｎｇｔｈｅｔａｒｇｅｔｃｕｒｒｅｎｔｏｆｔｈｅａｓｓｉｓｔｍｏｔｏｒａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇａｇｉｌｉｔｙａｎｄｒｏａｄｆｅｅｌ．ｉｔｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｆＰＩＤａｎｄＰＷＭｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａ－ｐｅｒｃａｎｒｅｇｕｌａｔｅｃｏｎｆｌｉｃｔｓｂｅｔｗｅｅｎ＂ｒｏａｄｆｅｅｌ’ａｎｄ’ｓｔｅｅｒｉｎｇａｇｉｌｉｔｙ＂ｗｈｅｎｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｉｓｓｔｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｍａ－ｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｒｅｂｏｔｈｉｍｐｒｏｖｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．关键词：电动助力转向系统控制策略控制模式助力电流转向轻便性路感Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＰＳｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅａｓｓｉｓｔｃｕｒｒｅｎｔｓｔｅｅｒｉｎｇａｇｉｌｉｔｙｒｏａｄｆｅｅｌ中图分类号：Ｕ４６３．２１２文献标识码：Ｂ１前言汽车电动助力转向系统（ＥＰＳ）是一种先进的汽车助力转向系统，该系统相比起传统的机械式转向系统和液压式助力转向系统有着节能、环保、减轻自重、可移植性好、结构简单、布置灵活等诸多的优点‘１｜，因此它已经成为当今中高档汽车转向助力系统广泛采用的技术。

伺服系统Matlab仿真教学指导
40
800
30 600
20 400
10
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-10
0
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
图4-16 工程设计参数下的q轴电流 i q
（P=0.86，I=0.25）
0
35
-200
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5
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基于永磁同步电机伺服系统的控 制算法和仿真分析
伺服系统Matlab仿真教学指导
1.1 引言
第一章 绪 论
位置环
永磁同步电动机伺服系统 转速环
电流环
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1.2 交流伺服控制策略的现状 开环恒压频比控制 矢量控制理论
交流伺服控制策略 直接转矩控制 滑模变结构控制 自适应控制
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4.3.2 伺服系统仿真方案
表2 伺服系统无扰动下仿真方案
空载
负载
（7 N m）
iq m iq
m
工程设计参数（ P=0.86，I=0.25）
图
图
图
图
4-16 4-17 4-22 4-23
经验参数
图
图
图
图
（P=10，I=2） 4-18 4-19 4-24 4-25

基于MATLAB/simulink 的三相交流异步电机正转和反转建模与仿真姓名：李鹏程学号：031040525 专业：电气工程及其自动化完成日期：2012 年12 月18 日[摘要] 在MATLAB/simulink环境下，设计和组合了三相交流异步电动机正转和反转的仿真模型。

仿真结果证明了控制方法的有效性，并且为其他交流异步电动机的设计提供了基本的设计理论的简单构型。

随着近年来电力电子工业和计算机科技的迅速发展，交流异步电动机赖于其结构简单，运行可靠，过载能力强，维护方便等优点逐渐应用于工业生产中的各个领域，并获得了广泛的接纳认可以及好评。

笔者仅仅基于简单的模块进行建模与仿真，从仿真模型中得出与实际理论相符合的情况，最终达到理论与实践相结合的目的。

三相交流电源模块设置以上为A 项，相应的B、C两相相位分别改为120度、240度。

二：异步电动机参数设计设置转子以鼠笼式模块( squirrel-cage)进行连接，输出三相电流内部短路参考坐标系选用静止坐标系( stationary)。

异步电机的一切参数设置基于国家工频。

三：分路器设置其中包含：（1）定子三相电流：is-a、is-b。

is-c；（2）转子三相电流：ir-a、ir -b、ir-c；（3）转速n=wm/2pi;（4）转矩Te;这些量也是仿真中最后需要观察和分析的数据量。

四：完整的三相交流异步电机simulink 模型异步电机simulink 仿真模型1：仿真中必须有powergui 模块。

其作用是：（1）：可以显示系统稳定状态的电流和电压以及电路以及所有的状态变量值；（2）：为了执行仿真，其可以允许修改初始状态值；（3）：可以执行负载的潮流计算，可以初始化包括三相电机在内的三相网络，相电机的简化模型为同步电机或异步电机。

即，其在本仿真中起到的作用。

2：异步电动机模块，使用的是鼠笼式转子，输出三项电流再其内部短路，采用静止坐标系，有利于波形的观察和分析。

重庆大学本科学生毕业设计（论文）基于matlab 生成C代码的电机矢量控制仿真模型研究学生：曾宇航学号：20114346指导教师：余传祥副教授专业：电气工程与自动化重庆大学电气工程学院二O一五年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityGenerated C code of motor vector control simulation model research based onMATLABUndergraduate: Zeng YuhangStudent Id:20114346Supervisor:Prof Yu ChuanxiangMajor: Electrical engineering and automationSchool of Electrical EngineeringChongqing UniversityJune 2015摘要电机在国民生产中占据重要地位，而传统的电机控制开发流程相较于工业技术的发展已经相对落后，本次毕业设计便是对一种前沿、高效的电机控制系统开发流程进行论述和验证。

课题选择研究对象为三相交流异步电机并采用矢量控制系统进行控制。

首先通过MATLAB/SIMULINK对所选电机进行建模，之后对矢量控制系统进行建模。

根据实验所选用的电机进行参数配置，配合矢量控制系统的数学模型完成整个仿真模型的构建，根据仿真结果不断矫正仿真模型、优化模型结构，并确定仿真模型的最优参数配置；然后根据仿真模型的控制模块并结合控制系统的硬件电路构建控制系统的C代码生成模型，生成所需的DSP可执行C 代码，将生成的可执行代码下载到以TI系列DSP为控制核心的硬件控制系统中进行硬件实验，矫正模型参数并验证生成代码的正确性。

在整个课题进展过程中根据生成代码的运行结果多次对仿真模型进行参数修正，并同步对代码生成模型进行修正，在如此反复过程中，优化了控制系统模型，使得生成代码能够更高效的运作，最后成功的完成了整个毕业设计，验证了此电机控制系统开发流程及生产可行性代码的正确性和可行性。

基于MATLAB/simulink的三相交流异步电机正转和反转建模与仿真姓名：李鹏程学号：031040525专业：电气工程及其自动化完成日期：2012年12月18日[摘要] 在MATLAB/simulink环境下，设计和组合了三相交流异步电动机正转和反转的仿真模型。

仿真结果证明了控制方法的有效性，并且为其他交流异步电动机的设计提供了基本的设计理论的简单构型。

随着近年来电力电子工业和计算机科技的迅速发展，交流异步电动机赖于其结构简单，运行可靠，过载能力强，维护方便等优点逐渐应用于工业生产中的各个领域，并获得了广泛的接纳认可以及好评。

笔者仅仅基于简单的模块进行建模与仿真，从仿真模型中得出与实际理论相符合的情况，最终达到理论与实践相结合的目的。

一：三相交流电源模块设置以上为A项，相应的B、C两相相位分别改为120度、240度。

二：异步电动机参数设计设置转子以鼠笼式模块（squirrel-cage）进行连接，输出三相电流内部短路。

参考坐标系选用静止坐标系（stationary）。

异步电机的一切参数设置基于国家工频。

三：分路器设置其中包含：（1）定子三相电流：is-a、is-b。

is-c；（2）转子三相电流：ir-a、ir-b、ir-c；（3）转速n=wm/2pi;（4）转矩Te;这些量也是仿真中最后需要观察和分析的数据量。

四：完整的三相交流异步电机simulink模型异步电机simulink仿真模型1：仿真中必须有powergui模块。

其作用是：（1）：可以显示系统稳定状态的电流和电压以及电路以及所有的状态变量值；（2）：为了执行仿真，其可以允许修改初始状态值；（3）：可以执行负载的潮流计算，可以初始化包括三相电机在内的三相网络，三相电机的简化模型为同步电机或异步电机。

即，其在本仿真中起到的作用。

2：异步电动机模块，使用的是鼠笼式转子，输出三项电流再其内部短路，采用静止坐标系，有利于波形的观察和分析。

3：总线选择器（bus slecter）：一路总线输入后多路输出，方便波形的检测。

基于MATLAB/Simulink软件汽车感应电机驱动控制系统的仿真研究作者：张晓青来源：《电脑知识与技术》2018年第15期摘要：目前，传统的内燃机汽车对环境造成了严重的破坏，在此背景下，人们就要重新对今后汽车的动力问题进行全方位的研究和探讨，以此使我國交通能源战略实现转型。

以此，混合动力汽车就成为目前人们主要研究的重点内容。

混合动力汽车比传统汽车多了一个电池-电机系统，本文主要的研究工作就是从电机驱动控制系统出发，通过研究并且分析此种电机性能，以此选择感应电机为研究对象，对电机驱动控制系统进行模型创建及仿真研究。

关键词：MATLAB/Simulink软件；汽车感应；电机驱动控制；仿真研究中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）15-0271-02电机是电动汽车的关键部分，要求其具有频繁停车、启动、减速及加速功能，并且在低坡及爬坡过程中实现高转矩，在高速的时候能够实现低转矩。

感应电机的结构较为简单，并且运行简单可靠，使用的寿命较长，被广泛应用到工业方面。

随着我国社会经济的不断进步，现代电子技术也在的发展，在此背景下，感应电机被工业称为广泛应用的拖动电机。

通过MATLAB/Simulink软件的运算处理能力较为强大，能够实现建模、仿真、分析数据及图像处理能力，Simulink是MATLAB的仿真环境，其的可视度较高、并且面向结构，所以本文就以MATLAB/Simulink软件为基础，对汽车感应电机驱动控制系统进行仿真研究。

1 混合动力汽车感应电机介绍及控制系统类型1.1混合动力汽车感应电机混合动力汽车比传统汽车多了一个电池-电机系统，无论混合动力汽车感应电机的机构是并联还是串联，其中最重要的部分还是电机驱动系统，电机驱动系统还是混合动力汽车的核心及系统控制的重要内容。

电机系统控制的策略是否科学合理，影响着汽车自身的性能提高，目前，混合动力汽车使用的驱动电力控制策略是电动汽车领域研究中的焦点。

毕业设计题目名称基于MATLAB/SIMULINK永磁同步电动机调速系统的建模与仿真系别电气信息工程系专业/班级电气工程及其自动化07102班学生学号指导教师（职称）摘要在现代交流伺服系统中，矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。

永磁同步电机（PMSM）是一个复杂耦合的非线性系统。

本文在Matlab/Simulink环境下，通过对PMSM本体、d/q坐标系向a/b/c坐标系转换等模块的建立与组合，构建了永磁同步电机控制系统仿真模型。

仿真结果证明了该系统模型的有效性。

关键词：Matlab/Simulink;永磁同步电机;电压空间矢量脉宽调制;仿真AbstractIn today’s AC s ervo system, the vector control theory and SVPWM technique make the AC motor can achieve the performance as good as DC motor when designing the AC servo system. PMSM is a nonlinear system with significant coupling. This novel method for modeling and simulink of PMSM system in Matlab is proposed. In Matlab /Simulink, the isolated blocks, such as PMSM block, coordinate transformation from d/q to a/b/c block, etc, have been modeled. The reasonability and validity have been testified by the simulate result.Key words:Matlab/Simulink; PMSM; SVPWM; simulation目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论............................................................. - 1 - 1.1选题背景及意义...................................................... - 1 - 1.2本课题的研究现状及前景.............................................. - 1 -1.2.1相关发展....................................................... - 2 -1.2.2永磁同步电动机的运行控制方法................................... - 3 -1.2.3永磁同步电动机在现代工业中的应用............................... - 4 -1.2.4 永磁同步电动机的应用前景..................................... - 6 - 第2章永磁同步电动机系统原理.......................................... - 8 - 2.1 永磁同步电动机的基本组成............................................ - 8 -2.1.1 电动机........................................................ - 8 -2.1.2 转子位置传感器................................................ - 9 -2.1.3 逆变器........................................................ - 9 - 2.2永磁同步电动机的工作原理........................................... - 10 -2.2.1电枢反应...................................................... - 11 - 2.3 永磁同步电动机的数学模型........................................... - 14 - 第3章正弦波永磁同步电动机的调速系统.................................. - 18 -3.1正弦波永磁同步电动机的调速原理..................................... - 18 - 3.2正弦波永磁同步电动机调速系统....................................... - 20 -3.2.1主回路的组成和控制............................................ - 20 -3.2.2控制回路及系统工作原理........................................ - 23 - 第4章正弦波永磁同步电动机调速系统的建模与仿真........................ - 24 - 参考文献............................................................... - 30 - 结束语................................................................. - 31 - 致谢................................................................. - 32 -第1章绪论1.1选题背景及意义众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。

2
(6) 最终求得该系统的开环传递函数模型G(s)为
G (s) K e s
e 0.35s
(T 1s1 )(T 2s1 ) (s1 )(0.352s1 )
统计模型法 —— 系统辨识法
系统辨识方法是现代控制理论中常用的方法，可根据系统的输入输出 响应估计系统的动态模型。响应信号包括：频率响应、阶跃响应、伪随机 响应、白噪声响应等。下图为系统辨识原理框图。
d2x F Fx m0 dt2
精确模型：
& x& (Jml2)F(Jlmm (Jl2)(m ml2)m si0n)m & 22l2cm os2l22gsincos & & mlcosFm2lm 2c2lo2ss2inc(oJs m & l22)(m (m 0m 0m ))mlgsin
若只考虑在工作点附近 0 0 附近100100
（2）机理建模实例 —— 一阶倒立摆
一阶倒立摆结构原理图
运动学与动力学分析建模：
1)摆杆绕其重心的转动方程为
J& & F ylsinF xlcos
2)摆杆重心的水平运动可能描述为
Fx
d2 m
dt2
(xlsin)
3)摆杆中心在垂直方向上的运动可描述为
Fy mgmddt22(lcos)
4)小车水平方向运动可描述为
m , r 为待定系数
通过实验可以获取对象的频率响应特性 G ˆ(j)Pi jQi
其中i为采样点， P , Q 为采样点处的幅值与相位
（1）Levy法对连续系统的模型进行辨识
问题：如何确定待定系数？ 从幅频特性的角度考虑所假定的对象传递函数，则有：
G (j )1 0 1j 1j L L m r (( jj)) m r B A 1 1 j jB A 2 2

MATLAB联合仿真在纯电动汽车整车控制开发中的应用纯电动汽车是未来汽车发展的趋势，其性能可靠性和能量效率等已成为瞩目的研究领域。

在汽车电力系统控制中，开发全车控制算法是至关重要的一步。

利用MATLAB联合仿真技术，可以实现对整车控制的模拟、验证和优化，提高产品研发速度和成功率。

MATLAB是一种科学计算软件，广泛应用于工程、科学研究、控制系统设计和数据分析等领域。

与此同时，Simulink是MATLAB中一种常见的仿真工具，在车辆控制系统开发中也发挥着至关重要的作用。

该工具可以对车辆控制系统进行建模、仿真和分析，从而帮助开发人员确定系统的控制算法和参数，以提高整车性能。

利用MATLAB联合仿真技术，可以模拟车辆控制系统的各个部分，例如电动机、电池、电子控制单元和驱动系统等等。

在此基础上，通过设计不同的控制算法，可实现对整车控制的优化。

同时，这种联合仿真还能帮助分析人员，快速分析车辆工作状态和控制效果，以及调整参数，提高算法效果。

在纯电动汽车开发中，MATLAB联合仿真技术的应用，可以有效加快产品的开发速度和研究效率，同时还能提高工作精度和可靠性。

汽车制造商和设备供应商都可以受益于这种技术，在设计和优化整车控制系统等方面提高效率和性能。

总之，MATLAB联合仿真技术的应用将会在未来纯电动汽车研发中发挥越来越重要的作用。

除了以上提到的优势，MATLAB联合仿真技术还可以支持多个开发人员协同工作，通过不同的仿真项目，不同的开发人员在不同的环节中进行更细致的设计和测试，从而共同推动整个项目的进展和最终成功。

另外，利用MATLAB联合仿真技术，开发人员还可以快速生成仿真数据，快速验证算法和改善性能。

这种过程可以迅速识别任何开发问题，并在计算机上调整其性能。

可以快速确定全车控制部件的效果，以及于实车上的实际效果视为无差。

此外，MATLAB联合仿真技术还可以使开发人员进行多个场景、任务和条件下的算法测试，以确保控制及行驶参量良好的性能。

基于MATLAB电动汽车仿真研究电动汽车是应对能源危机和环境污染的一种解决方案。

通过使用电能作为动力源，电动汽车可以减少对传统燃料的依赖，降低温室气体排放，进而减少对环境的损害。

因此，对电动汽车的研究和仿真具有重要意义。

MATLAB是一种广泛应用于工程、科学和数学领域的计算工具软件，它提供了一系列强大的函数和工具箱，可用于建立和分析动力系统模型，包括电动汽车。

在基于MATLAB的电动汽车仿真研究中，首先需要建立一个模型来描述电动汽车的动力系统。

这个模型通常包括电动机、电池、控制系统等组成部分。

电动汽车模型可以根据实际情况进行适当的简化，以便于仿真研究。

在仿真过程中，可以通过控制参数和输入信号的变化来模拟不同驾驶条件下的电动汽车性能。

例如，可以改变电池的充电水平、控制系统的参数等，来研究电动汽车在不同工况下的续航能力、加速性能等。

利用MATLAB的仿真工具，可以对电动汽车的性能进行评估和优化。

通过对模型进行参数敏感性分析，可以找出对电动汽车性能影响最大的因素，并进行相应优化。

此外，还可以利用优化算法，对电动汽车的驱动系统进行多目标优化，以实现最佳的性能和经济性。

在研究中还可以考虑电动汽车与电网的交互作用。

通过建立电动汽车与电网之间的模型，可以研究电动汽车的充电策略以及对电网负载和稳定性的影响。

这对于电动汽车的智能充电管理和电网规划具有重要意义。

此外，基于MATLAB的电动汽车仿真研究还可以涉及到其他方面的内容，如电池管理系统、能量回收等。

利用MATLAB提供的组件和工具箱，可以方便地建立和分析相关模型，辅助电动汽车技术的开发和使用。

总之，基于MATLAB的电动汽车仿真研究具有广泛的应用前景和重要的实际意义。

通过建立适用的模型和采用有效的仿真方法，可以对电动汽车的性能、控制策略和与电网的交互影响等方面进行深入研究，为电动汽车技术的发展和应用提供有力支撑。

基于Matlab的伺服电机正反转动画仿真：学号：201410009日期：2015 6 25指导教师：摘要伺服电机是指在伺服系统中控制机械原件运转的动力元件，是一种补助马达间接变速装置。

伺服电机控制速度，为止精度较高，伺服电机转子运转速度受输入信号控制，并能快速反应。

在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

在这里我基于自己所学专业限制，做了一个基于Matlab 的伺服电机正反转的动画仿真。

关键词：伺服电机动画仿真一、Matlab简介MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MA TLAB和Simulink 两大部分。

MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂〔矩阵实验室〕。

是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言〔如C、Fortran〕的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB由一系列工具组成。

这些工具方便用户使用MA TLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。

包括MA TLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。

随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。

而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。

[收稿日期]2007208228　[作者简介]韩皓(19822),男,2004年大学毕业,硕士生,现主要从事自动控制与仿真方面的研究工作。

基于Matlab/Simulink 的伺服系统仿真 韩　皓,申祖武　(武汉理工大学机电学院,湖北武汉430070)[摘要]在Matlab/Simulink 环境下,设计和组合了交流同步伺服电机、dq 坐标系向abc 坐标系转换、三相电源逆变器、位置调节器、速度调节器和电流调节器各模块,并在此基础上构建了交流同步伺服系统的位置、速度和电流3闭环仿真模型。

仿真结果证明了该控制方法的有效性,为交流同步伺服系统的设计提供了理论依据。

[关键词]交流同步伺服电机;模块;仿真;闭环[中图分类号]TP39119[文献标识码]A [文章编号]167321409(2007)042N090203 随着近年来电力电子工业和计算机技术的迅速发展,交流伺服系统正广泛应用于工业生产的各个领域。

为了满足高性能传动的需要,必须对位置进行精确控制。

在设计伺服系统的过程中,使用Matlab/Simulink 可以对设计方案进行验证,大大减少系统的开发周期[1];郝军等在Simulink 环境下对异步电机矢量变频调速系统进行仿真[2],表明Simulink 可作为电机仿真中的一种方便、快捷、有效的工具;刘永飘等在Matlab/Simulink 下设计永磁交流伺服系统的仿真模型并进行了仿真研究[3],验证了该仿真模型的有效性;杨平等在Matlab/Simulink 环境下构建了永磁同步电机控制系统的速度和电流双闭环仿真模型,并进行了仿真研究[4]。

笔者论述了永磁同步电机伺服系统的设计,给出了电流、速度和位置等调节器的设计方法,根据坐标变换公式设计了坐标变换模块,根据脉宽调制(PWM )的原理以及要求设计了逆变器模块,提高了系统的控制性能。

1　交流电机的数学模型三相交流电动机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

C3s/ 2r = C2s/ 2r C3s/ 2s =
2 cos U sin U 3 - sin U cosU
1
-
1 2
0
3 2
-
1 2
.
-
3 2
( 1)
笼型感应电机在 M - T 轴二相同步坐标系的 电压方程为
uM uT
= 0 0
Rs + L sp XsL s Lmp Xs1L m
- XLs Rs + L sp
关键词: 电动汽车; 感应电机; Matlab/ Simulink
中图分类号: U46213
文献标识码: A
Modeling, Simulation and Performance Analysis of Induction Motor of Electric Vehicle Using MATLAB/ SIMULINK
2003 年第 4 期 文章编号: 1009 4687 ( 2003) 03 0038 04
车辆与动力技术 Vehicle & Power Technology
总第 92 期
基于 MATLAB/ SIMULINK 电动汽车 感应电机建模仿真与特性分析
翟 丽, 彭连云, 孙逢春
( 北京理工大学机械与车辆工程学 院, 北京 100081)
为转子M 轴和 T 轴的电流; Rs, L s 分别为 MT 坐 标系上定子绕组的电阻和自感; Rr, L r 分别为 MT
坐标系上转子绕组的电阻和自感; L m 为 MT 坐标
系上定转子绕组间的互感; p 是微分算子; Xs 为
电源角频率; Xr 为转子加速度; Xs1 = ( Xs - Xr ) 为
iM

分支结构
If语句 Switch语句
循环结构
For 循环 While循环
Break和Continue
数据的输入与输出 save, load,
二、Matlab功能简介-图形绘制功能
二维图形 plot(x,y,’…’)
三维图形 plot3()，mesh(x,y,z), surf(x,y,z)…
（1）频率响应 （2）系统辨识
1.1 模型分类
(1) 物理模型：采用实物作为模型，可以按比例搭建 ；
(2) 数学模型：以数学公式作为仿真对象； (3) 混合模型：既有物理模型也有数学模型。
1.2 建模基本方法
1.2.1 机理模型法
（1）定义：采用由一般到特殊的推理演绎方法，对已知结构、参数的物理 系统，运用相应的定律或定理，经过合理分析简化而建立起来的描述系 统各物理量动、静态变化性能的数学模型。 主要通过理论分析推导建立数学模型，常用到的理论知识包括：物 质不灭定律、能量守恒定律、牛顿第二定律、基尔霍夫定律等。 提取主要因素、忽略次要因素。抓住对系统模型具有决定性影响的 物理量及相互关系，舍弃次要。 注意系统的线性化。通过合理简化将非线性因素近似为线性系统。
Jm in N D (j)[G (j)G ˆ(j)]2 1
Ji 0,i0, r; Ji 0,i1 , m ;
XB
通过求解上述多元一次方程组，就可以得到最优的待定系数 m , r
（2）Levy法对连续系统的模型进行辨识
Matlab中，提供了相应的工具，可以辨识连续系统的数学模型。 [num,den]=invfreqs(H,w,r,m)
rsr msm
m , r 为待定系数
通过实验可以获取对象的频率响应特性 G ˆ(j )Pi jQi

摘要 (I)ABSTRACT (II)绪论 (1)1交流调速技术发展概况 (2)1.1电力电子器件 (2)1.2变流技术 (3)1.3变频调速的控制方式 (3)1.4MATLAB/Simulink仿真介绍 (4)2逆变电路的建模与仿真 (5)2.1绝缘栅双极型晶体管 (5)2.2逆变电路的设计 ........................................................... 错误！未定义书签。

2.2.1三相桥式逆变电路的基本原理 (6)2.2.2正弦脉冲宽度调制（SPWM）基本原理 (6)2.2.3三相SPWM逆变器的建模与仿真 (7)3变频器的设计仿真 (10)3.1变频器的基本概念 (10)3.2交-直-交变频电路的建模与仿真 (11)4矢量控制调速系统建模与仿真 (14)4.1 建立异步电机模型 (14)4.1.1 坐标变换 (14)4.1.2 建立dq坐标系下电机模型 (15)4.2 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制 (17)4.2.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 (17)4.2.2 异步电动机模型仿真验证 (19)4.2.3 按转子磁链定向矢量控制的基本思想和特点 (20)4.3 按转子磁链定向矢量控制的方式 (22)4.3.1 电路闭环控制方式 (22)4.3.2 转矩控制方式 (22)4.4 矢量控制调速系统仿真 (23)4.4.1 仿真调试与参数设定 (24)4.4.2 仿真结果与分析 (25)致谢 (28)参考文献.................................................................................... 错误！未定义书签。

异步电动机采用变频调速技术，具有调速范围广，调速时因转差功率不变而无附加能量损失的优点，因此，变频调速是一种性能优良的高效调速方式。

基于Matlab/Simulink的永磁同步电机（PMSM）矢量控制仿真高延荣，舒志兵，耿宏涛摘要在现代交流伺服系统中，矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。

永磁同步电机（PMSM）是一个复杂耦合的非线性系统。

本文在Matlab/Simulink环境下，通过对PMSM本体、d/q坐标系向a/b/c坐标系转换等模块的建立与组合，构建了永磁同步电机控制系统仿真模型。

仿真结果证明了该系统模型的有效性。

关键词：Matlab/Simulink，永磁同步电机，电压空间矢量脉宽调制，仿真0、引言永磁同步电机（PMSM）是采用高能永磁体为转子，具有低惯性、快响应、高功率密度、低损耗、高效率等优点，成为了高精度、微进给伺服系统的最佳执行机构之一。

永磁同步电机构成的永磁交流伺服系统已经向数字化方向发展。

因此如何建立有效的仿真模型具有十分重要的意义。

对于在Matlab中进行永磁同步电机（PMSM）建模仿真方法的研究已经受到广泛关注。

本文介绍了电压空间矢量脉宽调制原理并给出了坐标变换模块、SVPWM模块以及整个PMSM闭环矢量控制仿真模型，给出了仿真模型结构图和仿真结果。

1、电压空间矢量脉宽调制原理1.1电压空间矢量电机输入三相正弦电压的最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。

直接针对这个目标，把逆变器和异步电机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控制方法称为“磁链跟踪控制”，磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以又称“电压空间矢量PWM控制”。

空间矢量是按电压所加绕组的空间位置来定义的。

在图1中，A、B、C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差120°，三相定子相电压UA、UB、UC 分别加在三相绕组上，可以定义三个电压空间矢量UA、UB、UC，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律变化，时间相位互差120°。

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➢电机测试信号分配器
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➢电机测试信号分配器参数设置
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• ir_abc：转子电流ira,irb,irc； • ir_qd：同步d-q坐标下的q轴下的转子电流ir_q 和d轴下的转子电流ir_d； • phir_qd：同步d-q坐标下的q轴下的转子磁通 phir_q和d轴下的转子磁通phir_d； • vr_qd：同步d-q坐标下的q轴下的转子电压 vr_q和d轴下的转子电压vr_d； • is_abc：定子电流isa,isb,isc； • is_qd：同步d-q坐标下的q轴下的定子电流 is_q和d轴下的定子电流is_d； • phir_qd：同步d-q坐标下的q轴下的定子磁通 phis_q和d轴下的定子磁通phis_d； • vs_qd：同步d-q坐标下的q轴下的定子电压 vs_q和d轴下的定子电压vs_d； • wm：电机的转速wm； • Te：电机的电磁转矩Te； • Thetam：电机转子角位移Thetam。
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1.使用模块 (1)直流电动机(DC-Motor)
（2）直流电压源（E、Ef）
模块取自SimPowerSystems工具箱 中的Electrical Sources库里的DC voltage source模块。直流电压E为 直流电机的电枢回路电压，直流 电压Ef直流电机的励磁电压，二 者参数（Amplitude）设置为240。