基于MATLAB的直流电动机启动的仿真研究

福建　电脑　２０１２年第１期　ＭＡＴＬＡＢ在电机教学中的应用　赵静　（中州大学工程技术学院河南郑州４５００４４）　【摘　要】：为提高教学质量，将ＭＡＴＬＡＢ软件应用于电机教学中。建立了直流电动机的数学模型，对　直流电动机的启动过程进行了仿真研究。仿真结果表明ＭＡＴＬＡＢ是电机教学的重要工具。　【关键词】：软件；电机；仿真　１、引言　电机是一门理论性很强的专业基础课．同时又具　有专业课的性质【ｌ】．在整个课程体系中起着承上启下的　作用。课程中电机的结构、时空图和电磁关系等内容，　都与三维空间有关．仅借助板书和老师的讲解很难表　达透彻．学生理解较困难［２１。　ＭＡＴＬＡＢ是美国ＭａｔｈＷｏｒｋｓ公司开发的一种软件　库．具有强大的运算处理能力和方便实用的绘图功能，　尤其是其中的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ图形界面环境．使各种工程问　题的求解和仿真更具有简洁性和直观性。将ＭＡＴＬＡＢ　应用于电机教学中．利用其电力系统仿真工具箱提供　的丰富的算法程序可完成电机系统的建模、分析和设　计，用一系列直观、准确、运动的图像展示抽象概念的　含义．使学生较快地掌握该课程的精神实质，提高教学　效果。　２、应用实例　电动机的启动是最重要的一部分．由于直流电动　机的电枢绕组电阻很小．因此不能直接启动．否则会产　生很大的启动电流。为限制该电流，可采取降低电源电　压的方法　单纯的理论讲解不能使学生对启动过程产　生直观认识．利用ＭＡＴＬＡＢ软件对该过程仿真．则会　极大提高教学效果。　２．１直流电动机数学模型的建立　ＭＡＴＬＡＢ的Ｐ０ｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂｌｏｃｋ中已经提供了各　种各样的电机模型．但也可以根据不同的数学模型搭　建自己所需要的电机。以他励直流电动机为例来说明。　图１他励直流电动机电路图　基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划项目（２０１１Ｃ５１０００２）　他励直流电动机有两个独立的电路：电枢回路和　励磁回路，如图１所示。为直观起见，电枢电阻Ｒ日和漏磁　电感Ｌ。单独画出［３１。额定励磁下电枢回路的电压方程　为：　，．　＝　－４－　ａｔ＋Ｐ　（１）　其中。ｅ：Ｋｎ为反电动势。　若忽略空载转矩，电动机的运动方程为：　一　＝ｊ　ｄ　ｃｏ‘　（２）　（２）式中，转动惯量Ｊ＝　；角速度∞＝　；Ｔｅ：ｃｉ。　为额定励磁下的电磁转矩，ＴＬ为负载转矩，ＧＤ　为电力　拖动系统部分折算到电动机轴上的飞轮惯量。　根据以上公式．可建立额定励磁下输入量为电枢　电压‰、输出量为转速ｎ的直流电动机的数学模型，如　图２所示　图２他励直流电动机的数学模型　：：　鞠琴善　：　蜀蔫罱　椰　÷…　下罱■　露ｌ嘶｝ｌ　－・　－…≯一　一　Ｉ…≥　…　ｏ卜÷手’≯’≯“　｝　｝　ｉ　ｌ咔。‘　…｝　｝“　”　≯　”　”　。喵　卜｝音■—　｛　＿｝　一畸＿　—　寸１　｝咭—卜寺一　甘随耐　图３全压启动时电动机电　枢电流和转速的变化曲线　对俑黼　。　图４降压启动时电动机电枢电　流和转速的变化曲线　（下转第６３页）

《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。

cheng

cheng 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计(matlab simulink 仿真)

前言

许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，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。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。

随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。 本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，包括主电路和控制回路。主电路由晶闸管构成，控制回路主要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速检测和电流检测等部分。

基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统

本文主要研究基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统。直流电机是工业生产中常用的电机，其调速系统对于保证生产效率和质量至关重要。因此，研究直流电机调速系统的控制方法和参数设计具有重要意义。本文将首先介绍直流电机的数学模型和调速系统的工作原理，然后探讨常规PID控制器的设计方法和参数控制原理，最后通过MATLAB仿真实验来研究数字PID控制器的设计和应用。

2 直流电机调速系统的数学模型

直流电机是一种常见的电动机，其数学模型可以用电路方程和动力学方程来描述。电路方程描述了电机的电气特性，动力学方程描述了电机的机械特性。通过这两个方程可以得到直流电机的数学模型，为后续的控制器设计提供基础。

3 直流电机调速系统的工作原理

直流电机调速系统是通过控制电机的电压和电流来改变电机的转速。其中，电压和电流的控制可以通过PWM技术实现。此外，还可以通过变换电机的电极连接方式来改变电机的转速。直流电机调速系统的工作原理是控制电机的电压和电流，从而控制电机的转速。

4 常规PID控制器的设计方法和参数控制原理

常规PID控制器是一种常见的控制器，其控制原理是通过比较实际输出值和期望输出值来调整控制器的参数，从而实现控制目标。常规PID控制器的参数包括比例系数、积分系数和微分系数，这些参数的选取对于控制器的性能有重要影响。常规PID控制器的设计方法是通过试错法和经验公式来确定参数值。

5 数字PID控制器的设计和应用

数字PID控制器是一种数字化的PID控制器，其优点是精度高、可靠性强、适应性好。数字PID控制器的设计方法是通过MATLAB仿真实验来确定控制器的参数值。数字PID控制器在直流电机调速系统中的应用可以提高系统的控制精度和稳定性。

6 结论 本文主要研究了基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统，介绍了直流电机的数学模型和调速系统的工作原理，探讨了常规PID控制器的设计方法和参数控制原理，最后研究了数字PID控制器的设计和应用。数字PID控制器在直流电机调速系统中的应用可以提高系统的控制精度和稳定性，具有重要的应用价值。