下载文档原格式
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。
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。
机电系统动态仿真-基于MATLAB Simulink课程设计简介机电系统是由电气、机械及控制部分组成的复杂系统。
动态仿真是一种研究系统行为的方法，可以帮助我们更好地理解系统的运行原理。
本课程设计旨在介绍机电系统动态仿真的基本原理和方法，并使用MATLAB Simulink软件进行实践操作。
课程内容本课程设计包括以下几个部分：1. 机电系统简介介绍机电系统的组成部分、基本特性及其应用场景，旨在让学生对机电系统有一个全面的认识和了解。
2. MATLAB Simulink简介介绍MATLAB Simulink的基本使用方法，包括模块的添加、参数的设置和仿真结果的显示等。
3. 机电系统建模使用MATLAB Simulink软件对机电系统进行建模，包括机械部分、电气部分及控制部分等。
4. 系统仿真利用所建立的机电系统模型进行系统仿真，包括控制器输出、系统响应等结果分析。
5. 结果分析对仿真结果进行对比分析，分析不同参数条件下系统的运行情况，找出系统的优化方案。
实践操作为了让学生更好地掌握机电系统动态仿真的基本原理和方法，本课程设计还包括以下的实践操作：1. 模型建立使用MATLAB Simulink工具箱，建立一个简单的机电系统模型。
2. 参数设置调整模型内参数，观察系统响应情况。
3. 仿真并分析结果执行仿真操作，对仿真结果进行分析，并尝试不同参数条件下系统的运行情况。
4. 优化方案结合分析结果，提出相应的优化方案，并重新设置参数进行仿真。
5. 实验报告整理实验数据、结果和分析，撰写实验报告。
实验环境本课程设计使用的软件工具为MATLAB Simulink，需要学生提前安装并掌握基本使用方法。
课程收获通过本课程的学习和实践操作，学生能够初步掌握机电系统动态仿真的基本原理和方法，了解MATLAB Simulink的基本使用方法，从而更好地理解机电系统的运行原理和优化方案。
同时，学生能够提高实际操作能力，加强分析和解决问题的能力。
机电系统的动力与运动的计算机仿真-----------基于二自由度两连杆平面机器人系统仿真马国锋梁应海周凯（武汉理工大学机电工程学院机械工程及自动化系）摘要：平面两连杆机器人（机械臂）是一种简单的两自由度的机械装置，其具有一定的复杂动力特性，对其的简单研究能够对机电系统和机器人有更好的学习了解和认识。
利用matlab仿真的快捷，简洁，以及可视化操作可以使其研究更方便，以及利用PID调节，使系统具有更好的时间响应性能。
关键词：matlab仿真PID控制调节平面机器人伺服直流电动机Abstract:The Planar two-link robot (Robot Arm) is a simple mechanical device of two degreesof freedom, it has complex dynamic characteristics. We can gain better learning and understandingfor Mechanical and Electrical systems and Robots only through studying it simply! Using thesuperior performance of MATLAB ,we can make the research more convenient ,besides ,we alsocan make the system have better performance in Time Response through the PID correction.0、引言随着科学技术的发展,利用计算机对控制系统进行仿真和分析,是研究控制系统的重要方法。
对控制系统进行仿真,首先应该建立系统模型,然后根据系统模型进行仿真,并充分的利用计算机作为工具进行数值求解。
Matlab是目前应用最为广泛的仿真语言之一。
说 明大家所做大作业是本门课程成绩评定的依据，将来是要存档、检查的，需认真完成。
一经发现有相互抄袭现象，取消大作业成绩！一、所提交大作业要有封面，其上标注有：课程名称、第几次大作业、专业班级、姓名、学号等。
二、对问题的求解方法、过程要求有详细说明，有程序时需列出程序清单，程序求解结果。
（有问题可答疑）以下问题可设计MATLAB 程序进行求解。
题目一、电动机通过弹性轴联接惯性负载，以电动机输出力矩T m 为激励，负载转角θL 为响应。
已知235L J kg m =⋅，220m J kg m =⋅，15/k kN m rad =⋅，1.5/m c kN m s rad =⋅⋅。
对所给系统进行动力学分析（参考课件的实例分析），求解以下问题：（1）确定系统输入、输出量，选取系统状态变量，列出系统的状态空间表达式（包括状态方程和输出方程）；（2）求系统的特征值，判断系统稳定性、能控性、能观性；（3）求系统输入-输出间的传递函数；（4）求系统输入-输出间的频响函数（绘制出伯德图）；（5）求系统在单位阶跃输入时，状态变量和输出变量的时域响应（绘制出响应图线）；（6）求系统在方波信号（自行产生一方波信号数据作为输入）输入激励下的响应，绘制出状态变量和输出变量的时域响应图线。
题目二、油井钻井平台与钻孔机模型。
钻井平台向钻孔机提供驱动力矩，带动钻轴转动，钻头受被钻物体的接触力矩。
以力矩τ2为输入（驱动），以转角θ2为输出响应。
已知2130J kg m =⋅，2220J kg m =⋅，15/k kN m rad =⋅，1 1.8/c kN m s rad =⋅⋅，22/c kN m s rad =⋅⋅。
对所给系统进行动力学分析（参考课件的实例分析），求解以下问题：（1）确定系统输入、输出量，选取系统状态变量，列出系统的状态空间表达式（包括状态方程和输出方程）；（2）求系统的特征值，判断系统稳定性、能控性、能观性；（3）求系统输入-输出间的传递函数；（4）求系统输入-输出间的频响函数（绘制出伯德图）；（5）求系统在单位阶跃输入时，状态变量和输出变量的时域响应（绘制出响应图线）；（6）求系统在方波信号（自行产生一方波信号数据作为输入）输入激励下的响应，绘制出状态变量和输出变量的时域响应图线。
基于Matlab的双闭环直流调速系统设计及仿真课程名称：《运动控制系统》院（部）：电子信息与电气工程学院学生姓名：张光普学号：201002040026专业班级：电气工程及其自动化2010级基于Matlab的双闭环直流调速系统设计及仿真摘要：本文介绍了基于工程设计方法对直流调速系统的设计，根据直流调速双闭环控制系统的工作原理，详细分析了系统的起动过程及参数设计，运用Simulink 进行直流电动机双闭环调速系统的数学建模和系统仿真。
最后显示控制系统模型以及仿真结果并加以分析。
关键词：转速环；电流环；调节器；Simulink一转速、电流双闭环控制系统一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态。
这种理想的起动过程如图1所示。
图1 转速调节系统理想起动过程为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。
根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的负反馈。
因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。
这里实际提到了两个控制阶段。
起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。
如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。
如图2所示。
图2 双闭环直流调速控制系统原理图参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。
如图3所示。
图3 双闭环直流调速系统动态结构图在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。
因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数oi T 按需要而定。
滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。
基于Matlab的电力系统故障分析与仿真摘要：本文介绍了MATLAB软件在电力系统中的应用，以及利用动态仿真工具Simulink和电力系统工具箱PSD进行仿真的基本方法。
在仿真平台上，以单机—无穷大系统为建模对象，通过选择模块，参数设置，以及连线，对电力系统的多种故障进行仿真分析。
同时，设计一个GUI图形界面，将仿真波形清晰地显示在界面上以便比较和分析。
结果表明，仿真波形基本符合理论分析，说明了MATLAB是电力系统仿真研究的有力工具。
关键词：电力系统；仿真；故障；MATLAB；GUIAbstract：This paper introduces the applications of MATLAB in power system analysis, and the basic simulation method of taking use of Simulink and PSD. On MATLAB simulation platform, take a single machine-infinite-bus system as modeling objects, by selecting the module, parameter settings, and connecting modules to simulate and analyse various fault of power system. At the same time, in order to facilitate comparison and analysis simulation waveform, design a GUI for showing waveform clearly. The results show that the simulation waveform in line with theoretical analysis, indicates that MATLAB is a powerful tool for researching simulation of power system.Keywords：PowerSystem; Simulation; Fault; Matlab; GUI0 前言[1,2]随着电力工业的发展，电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加，电力系统的生产和研究中仿真软件的应用也越来越广泛。
