电机系统建模与分析大作业

西安理工大学研究生课程论文/研究报告课程名称：电力电子系统建模与分析任课教师：完成日期： 2016 年 7 月 5 日专业：电力电子与电力传动学号：姓名:同组成员：成绩：题目要求某用户需要一直流电源，要求:直流输出24V/200W，输出电压波动及纹波均<1％。

用户有220V交流电网（±10%波动变化）可供使用：（1) 设计电源主电路及其参数；（2) 建立电路数学模型，获得开关变换器传函模型;（3) 设计控制器参数，给出控制补偿器前和补偿后开环传递函数波特图，分析系统的动态和稳态性能；(4）根据设计的控制补偿器参数进行电路仿真，实现电源要求；（5) 讨论建模中忽略或近似因素对数学模型的影响，得出适应性结论(量化性结论：如具体开关频率、具体允许扰动幅值及频率等）。

主要工作本次设计主要负责电源主电路及其参数的的设计，以及建立电路数学模型并获得开关变换器传函模型这两部分内容，具体如下：（1) 本次设计电源主电路及其参数,采用从后向前的逆向设计思想。

首先根据系统输出要求，设计了后级DC/DC型Buck电路的参数。

接着设计了前级不控整流电路以及工频变压器的参数.考虑到主电路启动运行时的安全性，在主电路中加入了软启动电路；(2) 本次DC/DC变换器的建模并没有采用传统的状态空间平均方法，而是采用更为简单、直观的平均开关建模方法,建立了Buck变换器小信号交流模型.最后，推到出了开关变换器的传递函数模型，并给出了Buck电路闭环控制框图。

1 设计主电路及其参数1.1主电路设计根据题目要求，系统为单相交流220V/50Hz 输入，直流24V/200W 输出。

对于小功率单相交流输入的场合，由于二极管不控整流电路简单，可靠性高，产生的高次谐波较少,广泛应用于不间断电源（UPS ）、开关电源等场合。

所以初步确定本系统主电路拓扑为：前级AC-DC 电路为电源经变压器降压后的二极管不控整流，后级DC —DC 电路为Buck 斩波电路，其中Buck 电路工作在电感电流连续模式（CCM)，前后级之间通过直流母线和直流电容连接在一起。

一曲柄滑块机构运动学仿真1、设计任务描述通过分析求解曲柄滑块机构动力学方程，编写matlab程序并建立Simulink 模型，由已知的连杆长度和曲柄输入角速度或角加速度求解滑块位移与时间的关系，滑块速度和时间的关系，连杆转角和时间的关系以及滑块位移和滑块速度与加速度之间的关系，从而实现运动学仿真目的。

2、系统结构简图与矢量模型下图所示是只有一个自由度的曲柄滑块机构，连杆r2与r3长度已知。

图2-1 曲柄滑块机构简图设每一连杆（包括固定杆件）均由一位移矢量表示，下图给出了该机构各个杆件之间的矢量关系图2-2 曲柄滑块机构的矢量环3．匀角速度输入时系统仿真3.1 系统动力学方程系统为匀角速度输入的时候，其输入为ω2=θ2,输出为ω3=θ3,θ3；v 1=r 1,r 1。

(1) 曲柄滑块机构闭环位移矢量方程为:R 2+R 3=R 1(2) 曲柄滑块机构的位置方程{r 2cos θ2+r 3cos θ3=r 1r 2sin θ2+r 3sin θ3=0(3) 曲柄滑块机构的运动学方程通过对位置方程进行求导，可得{−r 2ω2sin θ2−r 3ω3sin θ3=r 1r 2ω2cos θ2+r 3ω3cos θ3=0由于系统的输出是ω3与v 1，为了便于建立A*x=B 形式的矩阵，使x=[ω3v 1],将运动学方程两边进行整理，得到{v 1+r 3ω3sin θ3=−r 2ω2sin θ2−r 3ω3cos θ3=r 2ω2cos θ2将上述方程的v1与w3提取出来，即可建立运动学方程的矩阵形式(r 3sin θ31−r 3cos θ30)(ω3v 1)=(−r 2ω2sin θ2r 2ω2cos θ2) 3.2 M 函数编写与Simulink 仿真模型建立3.2.1 滑块速度与时间的变化情况以及滑块位移与时间的变化情况仿真的基本思路：已知输入w2与θ2，由运动学方程求出w3和v1，再通过积分，即可求出θ3与r1。

《机电系统建模与仿真》实验指导书王红茹编写适用专业：机械工程________________________江苏科技大学机械工程学院2015年11月实验一：多闭环直流伺服系统仿真分析实验学时：2 实验类型：综合实验要求：必修 一、实验目的1. 掌握运用MATLAB/Simulink 进行多闭环伺服控制系统仿真分析的方法。

二、实验内容及原理主要针对工程领域常用的自动控制系统－－双闭环控制系统进行建模与仿真实验，并对其原理进行详细介绍。

采用PI 控制器的转速负反馈单闭环调速系统能在系统稳定的前提下实现转速无静差，但不能满足调速系统对动态性能要求较高时的场合，且对扰动的抑制能力也较差。

双闭环调速系统是在单闭环调速的基础上，将转速和电流分开控制，分别设计转速、电流两个控制器，且转速控制器的输出作为电流控制器（内环）的给定输入，从而形成转速、电流双闭环控制。

这种双闭环调速系统是直流调速的一种典型形式。

以双闭环V-M 调速系统为例，介绍运用MATLAB/Simulink 进行双闭环控制系统动态分析的方法。

双闭环V-M 调速系统的结构如图1.1所示。

图中，直流电机参数：kW P nom 10=，V U nom 220=，A I nom 5.53=，min /1500r n nom =，电枢电阻Ω=31.0a R ，系统主电路总电阻Ω=4.0R ，电枢回路电磁时间常数s T a 0128.0=，机电时间常数s T m 042.0=；三相桥平均失控时间s T s 00167.0=，触发器放大系数30=s K ； 电流反馈系数A V K i /072.0=，电流环滤波时间常数s T oi 002.0=；转速反馈系数r V K t min/0067.0⋅=，转速环滤波时间常数s T on 01.0=。

①电流环、转速环选型原则。

电流环的重要作用是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，且突加控制作用时超调量越小越好。

电流环的控制对象是双惯性型的，两个惯性时间常数之比为1049.3002.000167.00128.0<=+=+oi s a T T T 。

目录一、仿真实验目的和要求 (3)二、仿真实验内容 (3)三、仿真步骤与结果分析 (4)1. 各个模块功能介绍 (4)（1）速度给定模块 (4)（2）转矩给定模块 (5)（3）速度控制模块 (7)（4）电流控制模块 (8)（5）PWM波生成模块 (11)（6）滤波模块 (13)（7）测量模块 (15)（8）直流电机模块 (16)2. 仿真结果分析 (19)（1）恒转速、恒转矩输入 (19)（2）恒转速、阶跃转矩输入 (20)（3）阶跃转速、恒转矩输入 (21)（4）阶跃转速、阶跃转矩 (22)（5）增大给定转速 (22)（6）减小给定转速 (23)（7）增大给定转矩 (23)（8）减小给定转矩 (24)3. 转速PI调节器参数对电机运行性能的影响 (25)（1）增大比例系数Kp (25)（2）减小比例系数Kp (25)（3）增大积分系数Ki (26)（4）减小积分系数Ki (27)4. 电流调节器改用PI调节器仿真 (27)5. 加入位置闭环控制 (31)6. 速度无超调 (34)四、实验心得、体会 (35)电机控制大作业：直流电机双闭环控制调速系统一、仿真实验目的和要求1.加深对直流电机双闭环PWM调速模型的理解2.学会利用MATLAB中的SIMULINK工具进行建模仿真3.掌握PI调节器的使用，分析其参数对电机运行性能的影响。

二、仿真实验内容图1 直流电机双闭环控制调速系统原理图实验电路图如上图所示，实验要求（*为必做实验）：1.描述每个模块的功能（*）2.仿真结果分析：包括速度改变、转矩改变下的电机运行性能，并解释响应现象（*）3.转速PI调节器参数对电机运行性能的影响（*）4.电流调节器改用PI调节器（*）5.加入位置闭环6.速度无超调三、仿真步骤与结果分析1.各个模块功能介绍（1）速度给定模块图2 速度给定模块原理图速度给定模块通过一个单刀双掷开关控制，分为两种方式：一种为恒速度给定，一种为阶跃速度给定。

华中科技大学研究生课程考试答题本考生姓名考生学号系、年级类别考试科目考试日期年月日《电机数学模型与仿真分析》开卷试题试题：一台绕线型感应电动机，定转子均为三相对称绕组，不考虑开槽和谐波磁势的影响，不计磁路饱和，参考正向自行规定。

1.选择适当坐标系，使其各电感系数均为常数，写出相应定转子变换矩阵，并画出相应坐标系下的物理模型，写出在此坐标系下的电压、磁链基本方程式以及变换前后的电感系数表达式。

2.若采用x ad基值系统，利用此标幺值基本方程，画出相应的运算电路，并讨论其在瞬态和稳态分析中的应用。

3.利用适合的坐标系模型方程，求解感应电动机正常稳态运行时的电流、电磁转矩表达式、导出相应的等效电路，并与电机学的结果进行分析对比。

4.假设该电机在理想空载下（定子加额外对称电压、转差率为0、三相电流为0），电机端发生三相对称突然短路，选择适当坐标系下的模型，利用解析法导出并分析定子电流的变化规律（假设在此变化过程中转速不变）。

第一问解答一、在相坐标系统中的方程式 1. 正方向确定和简化假设本题规定线圈轴线的正向即使该磁场轴线的正方向，电流正方向为产生正向磁链的电流方向，回路两端的电压正方向符合电动机惯例。

则有：ψk =L k i k ，u k =p ψk +i k r k为了简化分析，本题做出如下假设：（1）电机铁磁部分的磁路为线性，即不计磁路饱和； （2）不考虑开槽和谐波磁势的影响； （3）定转子均为三相对称绕组。

2. 电压方程式和磁链方程式图1 感应电机设电机的定子三相绕组轴线为A 、B 、C ，则在空间上固定，以A 轴为参考坐标轴：转子绕组轴线a 、b 、c 随转旋转，转子a 轴和定子A 轴间的电角度θ为空间角位移变量。

（1）定子A 、B 、C 三相绕组的电压方程式可表示为：⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=C s C CB s B B A s A A ir p u i r p u i r p u ψψψ 转子a 、b 、c 三相绕组的电压方程式可表示为：⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=c r c cb r b b ar a a ir p u i r p u i r p u ψψψ （2）磁链方程为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡c b a C B A cc cbcacCcBcAbc bb ba bC bB bA ac ab aa aC aB aA Cc Cb Ca CC CB CA Bc Bb Ba BC BB BA Ac Ab Aa AC AB AAc b a C B A i i i i i i L M M M M M M L M M M M M M L M M M M M M L M M M M M M L M M M M M M L ψψψψψψ二、感应电机的自感系数与互感系数1. 定、转子绕组自感系数首先分析定子A相绕组的自感系数L AA。

一种主动智能矫形器的设计专业：机械工稈1309班学号：1049721302830老师：刘有源姓名：夏文文武汉理工大学2014年6月一种主动智能矫形器的设计摘要：本文旨在设计出一种智能矫形器。

首先，搭建整体的智能矫形器框架原理图，通过逐步分析各个模块来实现整体的设计。

接着，将对矫形器的设计思路与方法进行具体的说明，以此进行具体的机构设计，以及这样设计与现今流行的矫形器相比较有什么优点。

最后，论述了信息的控制机理和对控制系统的设计。

关键词：智能；设计思路；控制机理；控制系统1引言智能假肢是20世纪后10年发展起来的具有高性能的新一代假肢。

与普通假肢相比，其主要功能特点是能根据外界条件变化和工作要求，自动调整假肢系统的参数，使其工作可靠，运动自如，具有更好的仿生性。

本文主要研究下肢膝上假肢，膝关节是膝上假肢系统的核心部件，是保证截肢者能站立和行走的关键所在。

由于膝关节是人体最主要的承重关节，它负重多且运动量大，是下肢活动的枢纽。

随着对假肢性能要求的不断提高，下肢假肢不仅要满足能够站立和行走者两个基本功能，还要求步态自然，与健侧（健全下肢一侧）对称性好，能适应步行状态的变化。

例如步行速度变化，路况（坡道，楼梯）的变化等；此外还要在使用者可能被障碍物绊倒的紧急情况下的保证安全等。

这些功能是普通假肢无法实现的。

2智能矫形器整体框架的构建本文依据信息理论和智能控制理论，提出了人体和假肢结合的新型下肢假肢控制方案。

如图1所示，该方案由两个重要部分组成，一是控制机理的研究，主要实现生物信息到物理控制信息的转换，为假肢的控制提供依据。

二是假肢中的控制系统的研究，主要实现假肢的运动控制，将机器人设计（关节与灵巧机构）与控制技术（协调控制、姿态步态规划和伺服控制）移植到下肢假肢的研制上。

生物信恵反馈图1智能矫形器总体设计框架3矫形器的设计3.1矫形器的材料用于制作矫形器的材料包括金属、皮革、橡胶、纤维等五大类，每一类又可分为若干品种。

.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=ϕ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=ϕ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===ϕϕϕ）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）。

试分析该电动机的工作特性和机械特性。

1.2.2实验目的（1）了解并掌握串励电动机的工作特性和机械特性（2）了解磁路饱和对电动机特性的影响1.2.3实验用到的基本知识和理论（1）电动机转速、电磁转矩、电枢电流、磁化曲线等（2）串励电动机的工作特性和机械特性，电动机磁化曲线的近似处理二、实验要求及要点描述2.1 单相变压器的效率和外特性曲线（1）采用屏幕图形的方式直观显示；（2）利用MATLAB编程方法或SIMULINK建模的方法实现；cos 的效率曲线；（3）要画出对应不同2（4）要画出对应阻性、感性、容性三种负载性质的特性曲线，且通过额定点；（5）要给出特征性的结论。

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=ϕ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=ϕ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===ϕϕϕ）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）。

试分析该电动机的工作特性和机械特性。

1.2.2实验目的（1）了解并掌握串励电动机的工作特性和机械特性（2）了解磁路饱和对电动机特性的影响1.2.3实验用到的基本知识和理论（1）电动机转速、电磁转矩、电枢电流、磁化曲线等（2）串励电动机的工作特性和机械特性，电动机磁化曲线的近似处理二、实验要求及要点描述2.1 单相变压器的效率和外特性曲线（1）采用屏幕图形的方式直观显示；（2）利用MATLAB编程方法或SIMULINK建模的方法实现；cos 的效率曲线；（3）要画出对应不同2（4）要画出对应阻性、感性、容性三种负载性质的特性曲线，且通过额定点；（5）要给出特征性的结论。

电动机调速系统的建模与分析目录一、设计目的 (1)二、初始条件 (1)三、设计基本思路 (2)四、系统原理框图 (2)五、双闭环调速系统的动态结构图 (3)六、参数计算 (4)1. 有关参数的计算 (4)2. 电流环的设计 (4)3. 转速环的设计 (6)七、系统仿真 (8)1. 使用普通限幅器进行仿真 (8)2. 积分输出加限幅环节仿真 (10)3. 使用积分带限幅的PI调节器仿真 (11)总结 (14)参考文献 (15)英语翻译 (15)电动机调速系统的建模与分析摘要：根据实际应用要求以及给定参数，对转速、电流双闭环直流调速系统进行设计，计算其控制系统的参数，并通过matlab软件的simnlink,对设计的系统进行仿真，以验证设计的正确性，并分析仿真结果，从而进一步说明双闭环调速系统的可行性与优越性。

对计算过程做了着重重视，详细精炼，可以为高校学生参与调速研究提供细节性的指导。

关键词：双闭环直流调速 matlab 仿真一、设计目的1.联系实际，对晶闸管-电动机直流调速系统进行综合性设计，加深对所学《自动控制系统》课程的认识和理解，并掌握分析系统的方法。

2.熟悉自动控制系统中元部件及系统参数的计算方法。

3.培养灵活运用所学自动控制理论分析和解决实际系统中出现的各种问题的能力。

4.设计出符合要求的转速、电流双闭环直流调速系统，并通过设计正确掌握工程设计的方法。

5.掌握应用计算机对系统进行仿真的方法。

二、初始条件1．技术数据（1）直流电机铭牌参数：P N =90KW, U N =440V, I N =220A, n N=1500r/min，电枢电阻Ra=0.088Ω，允许过载倍数λ=1.5；（2）晶闸管整流触发装置：Rrec=0.032Ω，Ks=45-48。

（3）系统主电路总电阻：R=0.12Ω（4）电磁时间常数：T1=0.012s（5）机电时间常数：Tm =0.1s（6）电流反馈滤波时间常数：Toi=0.0025s，转速率波时间常数：Ton=0.014s.（7）额定转速时的给定电压：Unm =10V（8）调节器饱和输出电压：10V2．技术指标（1）该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作错误！未指定书签。

《机电控制系统分析与设计》课程大作业之一基于MATLAB 的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真1 计算电流和转速反馈系数2 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果根据设计的一般原则“先内环后外环”，从内环开始，逐步向外扩展。

在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。

电流调节器设计分为以下几个步骤：a 电流环结构图的简化1）忽略反电动势的动态影响在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即∆E≈0。

这时，电流环如下图所示。

2）等效成单位负反馈系统如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s) /β，则电流环便等效成单位负反馈系统。

3） 小惯性环节近似处理由于T s 和 T 0i 一般都比T l 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为T ∑i = T s + T oi 简化的近似条件为电流环结构图最终简化成图。

b 电流调节器结构的选择 1) 典型系统的选择：从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用 I 型系统就够了。

从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I 型系统 2) 电流调节器选择电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型 I 型系统，显然应采用PI 型的电流调节器，其传递函数可以写成K i — 电流调节器的比例系数； τi — 电流调节器的超前时间常数 3) 校正后电流环的结构和特性为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择则电流环的动态结构图便成为图a 所示的典型形式，其中ois ci 131T T ≤ωs s K s W i ii ACR )1()(ττ+=ms T l 8i ==τRK K K i si I τβ=a) 动态结构图:b) 开环对数幅频特性c. 电流调节器的参数计算电流调节器的参数有：K i 和 τi ， 其中 τi 已选定，剩下的只有比例系数 K i ， 可根据所需要的动态性能指标选取。

电机系统的数字化建模与仿真分析随着计算机技术的快速发展，数字化在各个领域的应用也越来越广泛。

在工程领域中，电机系统的数字化建模与仿真分析成为提高设计效率和优化系统性能的重要手段。

本文将详细介绍电机系统的数字化建模方法和仿真分析技术，以及这些技术在电机系统设计方面的应用。

一、数字化建模数字化建模是构建电机系统仿真模型的关键步骤。

它通过将实际电机系统转化为数学模型，以方程的形式描述电机系统的运行特性。

数字化建模过程中，需要考虑电机的物理结构特征、电磁特性以及控制系统等因素。

常用的数字化建模方法包括有限元法、状态空间法和等效电路法等。

1. 有限元法有限元法是一种基于离散化的数字化建模方法，常用于复杂结构电机系统的建模。

该方法将电机系统分割为许多小的有限元单元，在每个单元内建立状态方程，并通过求解有限元方程组来获得电机系统的响应。

有限元法适用于分析电机系统的电磁场分布、电感和磁力等特性。

2. 状态空间法状态空间法是将电机系统的动态特性描述为状态方程的数字化建模方法。

该方法将电机系统的输入输出关系表示为一组状态方程，通过求解状态方程可以得到电机系统的响应。

状态空间法常用于分析电机系统的稳定性、控制性能以及响应特性。

3. 等效电路法等效电路法是将电机系统抽象为一组电路元件的数字化建模方法。

通过将电机系统的物理特性用电路元件表示，可以分析电机系统的电压、电流和功率等关键参数。

等效电路法适用于分析电机系统的电气特性和能量传递。

二、仿真分析仿真分析是利用数字化建模得到的电机系统模型进行计算和预测的过程。

通过仿真分析，可以评估电机系统的性能，优化电机系统的设计，提高产品的可靠性和性价比。

1. 静态分析静态分析是对电机系统的静态特性进行分析的仿真方法。

通过对电机系统仿真模型进行直流或恒定负载下的计算，可以得到电机系统的静态工作点和静态特性曲线。

静态分析可以评估电机系统的效率、输出功率和扭矩等重要参数。

2. 动态分析动态分析是对电机系统的动态响应进行分析的仿真方法。

机电系统建模与仿真作业专业：机械设计及其自动化姓名：程阳锐学号： S2*******一、举例说明系统建模与仿真的作用和意义。

随着仿真技术的发展，仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。

最初放着技术是作为对实际系统进行实验的辅助工具而应用的，而后用于训练目的，现在仿真系统的应用包括航空、航天、各种武器系统的研制部门、电力、交通运输、通信、化工、核能各个领域、系统概念研究、系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面。

在电力工业中，随着单元发电机组容量越来越大，系统越来越复杂，对它的经济运行、安全生产提出了更高的要求。

仿真系统是实现这个目的的最佳途径，通过仿真系统可以优化运行过程，可以培训操作人员，电站仿真系统已经成为电站建设与运行中必须配套的装备。

核电站的运行必须安全操作人员的技术素质、技能是保证安全运行的前提，培训调高操作人员素质、技能的有效手段是仿真培训系统。

一般来说凡是需要有一个或一组熟练人员记性操作、控制、管理与决策的实际系统，都需要对这些人员进行训练、教育与培训、早期的培训大都在系统或设备上进行的。

随着系统的加大、复杂程度的提高，特别是造价日益昂贵，训练时因操作不当引起破坏而带来的损失大大增加，因此，提高系统运行的安全性事关重大。

以发电厂为例，美国能源管理局的报告认为，电厂的可靠性可以通过该机设计和加强维护来改善，但只能占提高可靠性的20%-30%，其余要依靠提高运行人员的素质来提高，可见，人员训练对这类系统的重要行。

为了解决这些问题，需要这样的系统，它能模拟实际系统的工作状况和运行环境，又可避免采用实际系统时可能带来的危险性及高昂的代价，这就是训练仿真系统。

二、论述系统仿真的类型和特点。

系统仿真是近几十年发展起来的一门综合行学科，它为进行西天宁国的研究。

分析、决策、设计，以及对专业人员的培训等提供了一种先进的手段，增强了人们对客观世界内在规律的认识能力，有力的推动了那些过去以定性分析为主的学科向定量化方向发展。

机电控制系统分析与设计课程大作业指导书哈尔滨工业大学机电工程学院机电控制及自动化实验室2011年 6 月《机电控制系统分析与设计》课程大作业之一基于MATLAB 的直流电机 双闭环调速系统的设计与仿真1. 设置该大作业的目的在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。

通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。

此外，通过完成本大作业题目，让学生体会反馈校正方法所具有的独特优点：改造受控对象的固有特性，使其满足更高的动态品质指标。

2. 大作业具体内容设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为：额定功率200W ； 额定转速48V ； 额定电流4A ； 额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R Ω； 允许电流过载倍数λ=2； 电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5；电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==**im nmU U 10V ；两调节器的输出限幅电压为10V；PWM功率变换器的开关频率=f10kHz；放大倍数=K 4.8。

s试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差；电流超调量≤σ5%；i空载起动到额定转速时的转速超调量σ≤ 25%；过渡过程时间=t0.5 s。

s3. 具体要求(1) 计算电流和转速反馈系数；(2) 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果；(3) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(4) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(5) 按工程设计法，详细写出转速环的动态校正过程和设计结果；(6) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(7) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(8) 建立转速电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真模型，对上述分析设计结果进行仿真；(9) 给出阶跃信号速度输入条件下的转速、电流、转速调节器输出、电流调节器输出过渡过程曲线，分析设计结果与要求指标的符合性；(10) 在布置作业后提交详细书面报告，要求单面打印并在左侧装订。

分析题（每小题20分，共100分）1. 简化下图所示系统的结构图，求系统的闭环传递函数。

答：2. 如下图所示，已知给定信号X（t）=1(t),试计算H（S）=1，0.1时的系统稳态误差。

答：3. 设(图题46)系统开环传递函数为G(s)，试判别闭环系统稳定与否。

（1）答：4.系统的特征方程为： ,试用劳斯判据判定系统的稳定性S5+3S4+4S3+6S2+8S+5=0答S5 1 4 8S4 3 6 0S3 2 8 0S2 -6 0S1 13.5S0 0劳斯表第一列元素有变化所以系统不稳定5.分析电容传感器的工作原理及其主要应用。

答：电容传感器的工作原理是利用力学量变化使电容器中其中的一个参数发生变化的方法来使信号变换的。

根据改变电容器的参数不同电容传感器可有3类：改变极板遮盖面积的电容传感器：改变极板遮盖面积的电容传感器：改变极板间距离的电容传感器。

在实际应用中，为了提高这类传感器灵敏度、提高测量范围和减小非线性误差，常做成差动式电容器及互感器电桥组合结构，如图3(b)所示。

两边是固定的电极板1和2，中间由弹簧片支承的活动极板3。

2个固定极板与互感器两端及交流电源U相连接，活动极板连接端子和互感器中间抽头端子为传感器的输出端，该输出端电压ΔU随着活动极板运动而变化。

若活动极板的初始位置距2个固定极板的距离均为d0，则固定极板1和活动极板3之间，固定2和活动极板3之间的初始电容相等，若令其为C0。

当活动极板3在被测物体作用下向固定极板2移动Δd时，则位于中间的活动极板到两侧的固定极板的距离分别为：由上述推导可知，活动极板和2个固定极板构成电容分别为：当他们做成差动式电容器及互感器电桥组合结构时，其等效电容为：虽然电容的变化量仍旧和位移Δd成非线性关系，但是消除了级数中的偶次项，使线性得到改善。

当时（在微小量检测中，如线膨胀测量等，一般都能满足这个条件），略去高次项，得：。

电机系统建模与分析⼤作业⼀、作业⽬的1.熟悉永磁直流电动机及其调速系统的建模与仿真；2.熟悉滞环控制的原理与实现⽅法；3.熟悉Rungle-Kutta ⽅法在仿真中的应⽤。

⼆、作业要求⼀台永磁直流电动机及其控制系统如下图。

直流电源Udc=200V ；电机永磁励磁ψf=1Wb, 电枢绕组电阻Rq=0.5ohm 、电感Lq=0.05H ；转⼦转动惯量J=0.002kgm2 ；系统阻尼转矩系数B=0.1Nm/(rad/s) ，不带负载；⽤滞环控制的⽅法进⾏限流保护，电流上限Ih=15A 、Il 下限=14A ；功率管均为理想开关器件；电机在t=0时刻开始运⾏，并给定阶跃（⽅波）转速命令，即，在0～0.2s 是80rad/s ，在0.2～0.4s 是120rad/s ，在0.4～0.6s 是80rad/s 如此反复，⽤滞环控制的⽅法进⾏转速调节（滞环宽度+/-2rad/s ）。

⽤四阶龙格－库塔求解电机的电流与转速响应。

三、解题思路1. 数学模型的建⽴按照电动机原则正⽅向q q f q q q q d q q i R pi L i R p u ++=++=ωψωψψ（式1-1）L J D e T T T T ++=（式1-2）qf d q q d e i i i T ψψψ=-=（式1-3）ωB T D =（式1-4）ωJp T J =（式1-5）0=L T （式1-6）联⽴式1-1~式1-6可以得到-=--=J B p L i R u pi f q q q f q q ωψωωψ2. PWM 的滞环产⽣PWM 滞环的产⽣主要是利⽤IF 语句进⾏控制。

具体步骤如下电枢电流PWM 滞环控制①定义两个常量，IH=15A ，IL=14A②定义⼀个变量数组：PWM_I③在变量数组中利⽤if 语句，当电枢电流⼩于电流下限值的时候，该变量数组对应的数值置为1，当电枢电流⼤于电流上限值的时候，该变量数组对应的数值置为0。