基于 matlab 的直流电机建模和控制

直流电动机机械特性曲线在Matlab中的仿真1. 简介直流电动机是现代工业中应用广泛的一种电动机，其性能参数对于电机的设计、运行和控制都具有重要意义。

机械特性曲线是描述直流电动机转速与负载转矩之间关系的曲线，是电机运行性能分析的重要依据。

本文档将介绍如何使用Matlab软件对直流电动机的机械特性曲线进行仿真分析。

2. 理论基础2.1 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。

当直流电源施加在电动机的电极上时，会在转子中产生电磁场，该电磁场与定子磁场相互作用，产生转矩，从而使转子旋转。

2.2 机械特性曲线机械特性曲线是描述直流电动机转速与负载转矩之间关系的曲线。

其主要包括以下几个部分：- 空载特性曲线：电动机在无负载情况下运行时的转速与励磁电流之间的关系。

- 负载特性曲线：电动机在不同负载情况下运行时的转速与负载转矩之间的关系。

- 转速特性曲线：电动机在不同转矩下运行时的转速与转矩之间的关系。

3. Matlab仿真步骤3.1 建立仿真模型在Matlab中，我们可以使用Simulink工具建立直流电动机的仿真模型。

首先，我们需要在Simulink库中找到相关的电动机模块，然后将其拖拽到模型窗口中，连接电源、负载等模块，构建完整的电动机系统。

3.2 设置仿真参数在模型窗口中，我们可以通过参数设置对话框为电动机模型设置各项参数，如电动机的额定电压、额定电流、电枢电阻、电枢电感、励磁电阻、励磁电感等。

此外，还需要为负载设置相应的参数，如负载转矩、负载速度等。

3.3 编写仿真脚本在Simulink中，我们可以使用Matlab脚本来控制仿真过程，实现对电动机模型的初始化、参数设置、仿真运行等操作。

在脚本中，我们可以使用Matlab内置函数对仿真数据进行采集、处理和分析，从而得到机械特性曲线。

3.4 运行仿真并分析结果在完成仿真模型的搭建和参数设置后，我们可以运行仿真脚本，观察电动机模型的运行情况，并采集机械特性曲线上的关键数据。

直流电动机效率特性曲线Matlab仿真1. 引言直流电动机是一种广泛应用于工业和自动化领域的电动机。

其效率特性曲线是描述电动机在不同负载下效率变化的重要参数。

本文档将介绍如何使用Matlab仿真来绘制直流电动机的效率特性曲线。

2. 理论基础直流电动机的效率特性曲线可以通过其输入功率、输出功率和效率之间的关系来绘制。

输入功率由电动机的电压和电流决定，输出功率由电动机的扭矩和转速决定。

效率可以表示为输出功率与输入功率的比值。

3. Matlab仿真步骤以下步骤将指导您如何使用Matlab仿真绘制直流电动机的效率特性曲线。

3.1 设定参数首先，需要设定直流电动机的参数，包括电动机的电压、电流、扭矩和转速。

这些参数可以根据电动机的规格书或实验数据来确定。

3.2 构建仿真模型使用Matlab的Simulink工具，构建一个包含直流电动机及其控制系统的仿真模型。

模型应包括电动机的电压输入、电流输出和效率计算部分。

3.3 设置仿真参数在Simulink中，设置仿真的时间范围和步长。

确保仿真时间足够长，以观察到电动机在不同负载下的效率变化。

3.4 运行仿真运行仿真并收集电动机在不同负载下的输入功率、输出功率和效率数据。

可以使用Simulink的数据记录器来存储这些数据。

3.5 绘制效率特性曲线使用Matlab的绘图工具，根据收集的数据绘制效率特性曲线。

将效率作为纵轴，负载作为横轴，绘制出电动机的效率特性曲线。

4. 结果分析分析仿真结果，观察电动机在不同负载下的效率变化。

可以得出电动机的最高效率点和效率下降的原因。

5. 结论通过Matlab仿真，可以绘制出直流电动机的效率特性曲线，并分析其在不同负载下的效率变化。

这种方法可以帮助工程师优化电动机的设计和运行，提高电动机的效率和性能。

参考文献[1] 《直流电动机原理与应用》 - 约翰·F·麦克米伦[2] 《电机与拖动》 - 阿尔弗雷德·布劳恩[3] 《Matlab仿真与应用》 - 罗杰·李。

毕业设计 (论文)课题：基于Matlab的直流电机弱磁调速系统仿真学院：机械与电气工程学院学生姓名：XXXXXXXXX 学号：XXXXXXXXXXXX 专业班级：XXXXXXXXXXXXXXX 指导老师： XXXXXXXXX 完成时间：XXXXXXXXX摘要直流电动机的调速性能好，启动转矩大，特别是调速性能为交流电机所不及。

因此，在对电动机的调速性能和启动性能要求比较高的生产机械上，大都使用直流电动机进行拖动。

而通过减小直流电动机励磁磁通的方法对直流电动机调速，不仅调速过程平滑，可控制性高，而且能量损耗小，成本低，被广泛应用于恒功率调速场合。

Matlab是一种科学计算软件，利用其Simulink仿真环境可以很方便的对各类系统进行仿真。

利用matlab进行电机仿真有很多优点。

第一、能够大大提高实验过程当中的安全性；第二、搭建仿真模型操作简单，修改各参数方便快捷，在今后电动机的改良及系统的设计中可以大大缩短设计开发周期，有利于选择最佳参数和设计最合理的系统方案；第三、仿真结果通过Simulink模块当中示波器显示其曲线变化，这样可以更为直观的观察到各参数对电动机性能的影响，对电动机的研究带来了极大的方便。

本文使用Simulink仿真环境中的各类模块，组成直流电动机弱磁调速控制系统。

通过改变励磁磁通量，可以得到电机在不同条件下的运行参数。

经过对仿真结果进行分析，对弱磁调速特点进行了验证。

关键词：直流电机；弱磁调速；Matlab仿真；SimulinkAbstractDC motor‘s speed performance and starting torque is higher than AC motor。

Therefore DC motor has been widely applied in the in many demanding occasions.The design is electric machinery simulation experiment based on MATLAB. Firstly, we sh ould learn to study the internal structure and principle of operation of the electric machiner y. Secondly, it is the learning of the MATLAB software. To build up a simulation model we need to use the Simulink module to build up different type and capacity motors’ starting, s peed regulation and braking module by Simulink module, then simulate the curves of the p arameters.The simulation of the motor plays an important role in studying the electric machinery. By buildi ng up the models to simulate the variety of the motors’starting,speed regulation and braking curves. Firstly, we can greatly improve the safety during the process of the experiment. Secondly, it is easy to build up a simulation model and convenient to modify the parameters, so we can greatly shorten the design cycle in the future motor improvement and system design and it is propitious to select optimum parameters and design the most reasonable system scheme. Thirdly, the simulation results is used by oscilloscope in Simulink modules to display theirs’ curves variety, in this way we can intuitionisticly observe the effects of parameters on the performance of the motors, it brings great convenience in motor research.KeyWords：DC motor; Matlab; Speed regulation with Field weakening；Simulink目录摘要 (2)Abstract (3)1 绪论 (5)1.1课题研究的目的和意义 (5)1.2论文的主要研究内容 (5)2 直流电动机 (6)2.1 直流电动机的基本工作原理 (6)2.2直流电机的励磁方式 (7)2.3直流电动机相关公式 (8)3 弱磁调速系统 (9)3.1他励直流电动机的机械特性 (9)3.1.1他励直流电动机的机械特性 (9)3.1.2固有机械特性 (10)3.1.3人为机械特性 (10)3.2他励直流电动机的调速 (13)3.2.1调速指标 (13)3.2.2 调速方法 (14)3.3 他励直流电动机弱磁调速系统概述 (16)4 Matlab概述 (17)4.1 Matlab简介 (17)4.2 Simulink的应用 (18)4.2.1 简介 (18)4.2.2 功能 (18)4.2.3 启动方法 (19)5 直流电机弱磁调速仿真 (19)5.1 设计思路及模块介绍 (19)5.1.1设计思路 (19)5.1.2模块介绍 (19)5.2 在simulink上建立仿真模型 (21)5.3仿真结果及分析 (25)5.3.1 仿真结果 (25)5.3.2 结果分析 (27)5.4 弱磁控制的直流调速系统 (27)6 总结 (29)致谢 (30)参考文献 (30)附录（中英文翻译） (31)外文资料 (31)中文翻译 (36)1 绪论1.1课题研究的目的和意义在国民经济生产中，电机工业是机械工业的一个重要组成部分，电机是机电一体化中机和电的结合部位，是机电一体化的重要基础，电机可称为电气化的心脏。

基于Matlab的直流电动机特性曲线仿真1. 引言直流电动机是一种广泛应用于工业、交通和家电等领域的电动机。

其特性曲线是研究电动机性能的重要工具，能够反映出电动机在不同负载下的运行状态。

本文将通过Matlab软件对直流电动机的特性曲线进行仿真分析。

2. 理论基础2.1 直流电动机的工作原理直流电动机通过电磁感应原理将电能转化为机械能。

其主要组成部分包括定子、转子和电刷。

当给电动机通电时，电流经过电刷与转子上的绕组产生磁场，磁场与定子上的绕组产生电磁力，使得转子旋转。

2.2 直流电动机的特性曲线直流电动机的特性曲线主要包括转速-负载特性曲线、转矩-转速特性曲线和电流-转速特性曲线。

这些曲线能够反映出电动机在不同负载下的运行状态，对于电动机的选型和使用具有重要意义。

3. Matlab仿真模型本节将介绍如何使用Matlab软件构建直流电动机特性曲线的仿真模型。

3.1 模型参数设置首先，需要设置电动机的具体参数，如电动机的额定电压、额定电流、额定功率、电枢电阻、电枢电感等。

这些参数将直接影响到仿真结果的准确性。

3.2 仿真模型构建在Matlab中，可以使用Simulink工具搭建直流电动机的仿真模型。

模型主要包括电源模块、电动机模块、负载模块和测量模块。

其中，电动机模块为关键部分，需要选择合适的电动机模型以满足仿真需求。

3.3 仿真参数设置在搭建完仿真模型后，需要设置仿真参数，如仿真时间、时间步长等。

此外，还需要对测量模块进行设置，以获取所需的仿真数据。

4. 仿真结果与分析完成仿真模型搭建和参数设置后，运行仿真程序，得到直流电动机的特性曲线。

4.1 转速-负载特性曲线转速-负载特性曲线反映出电动机在不同负载下的运行状态。

通过分析该曲线，可以了解电动机的启动性能、调速性能等。

4.2 转矩-转速特性曲线转矩-转速特性曲线反映出电动机在不同转矩下的运行状态。

通过分析该曲线，可以了解电动机的输出转矩与转速之间的关系。

摘要直流电机双闭环调速系统是一个复杂的自动控制系统，是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在拖动领域中发挥着极其重要的作用。

由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础，本文从直流电机的基本特性进行双闭环直流电机设计，最后用实际系统进行工程设计，并采用MATLAB/SIMULINK进行仿真。

对于直流电机双闭环调速系统，在设计和调试过程中有大量的参数需要计算和调整，运用传统的设计方法工作量大，系统调试困难。

本文对直流电机双闭环调速系统进行辅助设计，选择调节器结构，进行参数计算和近似校验，根据给出和计算出的相应参数，建立起制动、抗电网电压扰动和抗负载扰动的MATLAB/SIMULINK仿真模型，分析转速和电流的仿真波形，并进行调试，使直流电机双闭环调速系统趋于完善、合理。

仿真结果证明了该方法的可行性和合理性。

关键词：直流调速，双闭环系统，电流调节器，转速调节器，计算机仿真AbstractThe double closed loop direct current velocity modulation system is a complex automatic control system, is in the present direct current velocity modulation system mainstream equipment, has the velocity modulation scope width, the stability is good, the steady fast precision higher merit, in the theory and the practice aspect all is the quite mature system, in drives in the domain to play the extremely vital role.Because the direct current machine double closed loop velocity modulation is each kind of electrical machinery velocity modulation system foundation, from the direct current machine basic characteristic conducts the double closed loop direct current machine design method research, finally uses the actual system to carry on the engineering design, and uses MATLAB/Simulink to carry on the simulation.Regarding the double closed loop direct current velocity modulation system, has the massive parameters in the design and the debugging process to need to calculate and to adjust, the utilization tradition design method work load is big, system debugging difficulty.This article carries on the assistance design to the double closed loop direct current velocity modulation system, chooses the regulator structure, carries on the parameter computation and the approximate verification, according to produces the corresponding parameter which and calculates, establishes applies the brake, the anti- electrical network voltage perturbation and the anti-load perturbation MATLAB/Simulink simulation model, the analysis rotational speed and the electric current simulation profile, and carries on the debugging, enable the double closed loop direct current velocity modulation system to tend to the consummation, is reasonable. The simulation result has proven this method feasibility and the rationality.Keywords:Speed control of DC-drivers，Double-closed-loop，Current regulator，Speed regulator，Computer simulation目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I 目录........................................................... I II 1．绪论. (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题研究的目的和意义 (1)1.3 论文的主要内容 (2)2．直流电动机调速系统 (4)2.1 直流电动机简介 (4)2.1.1 直流电动机的工作原理 (4)2.1.2 直流电动机的运行特性 (5)2.1.3 直流电动机的起动与调速 (6)2.2 转速控制的要求和调速指标 (7)3．方案选择及系统工作原理 (9)3.1 电动机参数及设计要求 (9)3.2 方案选择及系统框图 (9)3.2.1 方案一：直流电机单闭环调速系统 (9)3.2.2 方案二：直流电机双闭环调速系统 (10)3.2.3 方案三：双闭环脉宽调速系统 (11)3.3 系统工作原理简介 (11)3.3.1 双闭环调速系统静态特性 (11)3.3.2 双闭环系统启动过程分析 (14)3.3.3 双闭环调速系统的动态抗扰动性能 (17)3.3.4 双闭环调速系统中两个调节器的作用 (18)4．双闭环调速系统的设计 (19)4.1 双闭环直流调速系统总体设计方案 (19)4.2 主电路设计与参数计算 (20)4.2.1 主电路原理图 (20)4.2.2 整流变压器的设计 (21)4.2.3 晶闸管元件选择 (23)4.2.4 电抗器参数的计算 (24)4.2.5 励磁电路 (26)4.2.6 三相桥式全控整流电路 (26)4.2.7 晶闸管触发电路 (28)4.3 直流调速系统的保护 (30)4.3.1 过电压保护 (30)4.3.2 电流保护 (33)4.4 控制电路设计 (34)4.4.1 电流调节器的设计 (35)4.4.2 转速调节器的设计 (37)5．调速系统的仿真 (40)5.1.1 MATLAB简介 (40)5.1.2 MATLAB的安装 (41)5.1.3 MATLAB的启动运行 (41)5.1.4 MATLAB的帮助文件 (41)5.1.5 MATLAB所定义的特殊变量及其意义 (41)5.1.6 MATLAB工具箱及SIMULINK简介 (42)5.2 调速系统仿真模型的建立 (43)5.3 仿真结果 (43)5.4 仿真结果分析 (46)结论 (47)参考文献 (48)致谢 (49)附录 A (50)1．绪论1.1 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。

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。

直流电动机串联电阻启动的模型（计算+仿真）电动 参数如下：17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻0.087F R =Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m = 构建电路模型参数设置：1、0.087a R =Ω，0.0032a L H =2、0.087F R =Ω，励磁电感在恒定磁场控制时取0，即0F L H =3、互感af L ：首先电动势常数0.0708.min/N a N e NU R I C V r n -== 600.6762e e K C π== /0.676/1.210.56af e f L K I H ===(220/ 1.21f F I R A ==)4、20.76.J Kg m =采用ode45算法既可以得到仿真曲线从仿真图线上可以看出，直接启动时，启动电路达到2500A，这个值实在是太大了。

为了降低启动电流值，我们采用串联电阻的方式，而且，在这里要求启动过程中，电路要在100-200A之间变化。

1、启动时电路小于200A11 200NaUR R=-=Ω此时，我们在电路中先接入11 200NaUR R=-=Ω，看一下仿真曲线可以看到在3.5s的时候电流降到了100A，这时候转速达到了1500r/min2、这个时候需要降低电阻，降到多少呢，计算如下20.482200N e a U C n R R -=-=Ω。

这时候我们安排110.4820.518R =-=Ω，在0-3.5s 接入电路20.482R =Ω ，在0-10s 接入电路（暂定）可以看出大概在6s 的时候电路又来到了100A,转速2200r/min 计算： 30.32200N e a U C n R R -=-=Ω 这个时候我们安排110.4820.518R =-=Ω在0-3.5s 接入电路20.32R =Ω 在0-6s 接入电路30.4820.320.162R =-=Ω,在0-15s 接入电路大概在8s 的时候电流有到100A,转速2800r/min 这时候可以完全释放电阻了。

基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在电动汽车、风力发电、机器人和工业自动化等领域得到了广泛应用。

然而，PMSM的高性能运行依赖于先进的控制系统，其中矢量控制（Vector Control, VC）是最常用的控制策略之一。

矢量控制，也称为场向量控制，其基本思想是通过坐标变换将电机的定子电流分解为与磁场方向正交的两个分量——转矩分量和励磁分量，并分别进行控制，从而实现电机的高性能运行。

这种控制策略需要对电机的动态行为和电磁关系有深入的理解，并且要求控制系统能够快速、准确地响应各种工况变化。

MATLAB/Simulink/SimPowerSystems是MathWorks公司开发的一套强大的电力系统和电机控制系统仿真工具。

通过Simulink的图形化建模环境和SimPowerSystems的电机及电力电子元件库，用户可以方便地进行电机控制系统的建模、仿真和分析。

本文旨在介绍基于MATLAB/Simulink/SimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真方法。

将简要概述永磁同步电机的基本结构和运行原理，然后详细介绍矢量控制的基本原理和坐标变换方法。

接着，将通过一个具体的案例，展示如何使用Simulink和SimPowerSystems进行永磁同步电机矢量控制系统的建模和仿真，并分析仿真结果，验证控制策略的有效性。

将讨论在实际应用中可能遇到的挑战和问题，并提出相应的解决方案。

通过本文的阅读，读者可以对永磁同步电机矢量控制系统有更深入的理解，并掌握使用MATLAB/Simulink/SimPowerSystems进行电机控制系统仿真的基本方法。