基于Matlab的重型数控机床双电机消隙的仿真

基于MATLAB的机电动力系统建模与仿真方法研究机电动力系统是指组成系统的机械、电气和控制等部分之间相互作用的力学、电气和能量转换装置的集合。

其建模与仿真方法的研究对于系统的分析、优化以及性能评估十分重要。

本文将基于MATLAB的机电动力系统建模与仿真方法进行研究。

首先，机电动力系统的建模是基于实际系统的动力学和控制特性进行描述。

对于机械系统，可以使用欧拉-拉格朗日方法进行建模，得到系统的运动方程。

对于电气系统，可以使用基尔霍夫电流法、基尔霍夫电压法等方法进行建模。

对于控制系统，可以使用状态空间法或者传递函数法进行建模。

基于这些方法，可以将机电动力系统描述为一组常微分方程或者微分代数方程。

其次，仿真是利用计算机模拟机电动力系统的运行过程。

MATLAB作为一种强大的数学计算工具和仿真环境，可以实现机电动力系统的建模和仿真。

使用MATLAB的Simulink工具箱，可以构建机电动力系统的框图模型，并通过连接各个子系统的信号线来描述系统动态行为。

此外，Simulink还提供了丰富的信号处理、控制设计和参数优化等功能，方便进行系统仿真和性能评估。

在进行机电动力系统仿真之前，需要对系统的输入信号进行设定。

可以使用恒定输入、周期性输入或者随机输入等方式来模拟实际工作条件。

接下来，可以利用数值方法对系统模型进行求解，并通过绘制波形图、频谱图等方式来分析系统的响应和性能。

除了Simulink工具箱，MATLAB还提供了多种工具和函数用于机电动力系统的建模和仿真。

例如，MATLAB的Control System Toolbox提供了用于控制设计和分析的函数和工具；MATLAB的Simscape工具箱专门用于动态系统建模和仿真；MATLAB的Optimization Toolbox用于参数优化和系统辨识等。

总结起来，基于MATLAB的机电动力系统建模与仿真方法主要包括使用Simulink工具箱构建系统模型、设定输入信号、数值求解和性能分析等步骤。

基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真直流电机双闭环调速系统是一种常见的控制系统，常用于工业生产中对电机速度的精确控制。

本文将基于MATLAB软件进行直流电机双闭环调速系统的设计与仿真，包括系统设计、参数设置、控制策略选择、系统仿真以及性能分析等方面。

文章将以1200字以上的篇幅进行详细阐述。

一、系统设计直流电机双闭环调速系统由速度环和电流环构成。

速度环控制系统的输入为速度设定值和电机实际速度，输出为电机期望电压；电流环控制系统的输入为速度环输出的电压和电机实际电流，输出为电机实际电压。

通过控制电机的期望电压和实际电压，达到对电机速度的调控。

二、参数设置在进行系统仿真之前，需要确定系统中各个参数的值。

包括电机的额定转矩、额定电压、电感、电阻等参数，以及控制环节的比例增益、积分增益、微分增益等参数。

这些参数的选择会影响系统的稳定性和动态性能，需要根据实际情况进行调整。

三、控制策略选择常见的控制策略包括PID控制、PI控制、PD控制等。

在直流电机双闭环调速系统中，可以选择PID控制策略。

PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节组成，可以提高系统的稳定性和响应速度。

四、系统仿真在MATLAB中进行直流电机双闭环调速系统的仿真，可以使用Simulink模块进行搭建。

根据系统设计和参数设置，搭建速度环和电流环的控制器，连接电机实际速度和电机实际电流的反馈信号，输入速度设定值和电机期望电流，输出电机期望电压。

通过仿真可以得到系统的动态响应曲线，评估系统的性能。

五、性能分析在仿真结果中，可以分析系统的静态误差、超调量、调整时间等指标，评估系统的控制性能。

通过参数调整和控制策略更改等方式，可以优化系统的控制性能，使系统达到更好的调速效果。

总结：本文基于MATLAB软件对直流电机双闭环调速系统进行了设计与仿真。

通过系统设计、参数设置、控制策略选择、系统仿真以及性能分析等步骤，可以得到直流电机双闭环调速系统的动态响应曲线，并通过参数调整和控制策略更改等方式，优化系统的控制性能。

基于MATLAB的双馈电机仿真
王培炎
【期刊名称】《中国校外教育（美术）》
【年(卷),期】2013(000)011
【摘要】根据双馈发电机的原理及数学模型采用定子磁链定向的方法，对变速恒频风力发电系统进行研究，确定了基本的控制策略。

通过MATLAB/Simulink建立系统的仿真模型进行仿真，这些都为进一步地深入研究提供了有效的理论依据。

【总页数】1页(P133-133)
【作者】王培炎
【作者单位】内蒙古北方重工培训中心
【正文语种】中文
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双电机电气消隙
未来数控机床的发展趋势主要是大型和重型，因而机床的行程越来越长，对精度的要求也就越来越高。

要消除齿轮齿条传动中产生的背隙，有两种方式，一是：机械消隙，二是双电机电气消隙。

机械消隙是单个电机输入两个齿轮输出的形式，目前有法国的REDEX.而双电机消隙属于双电机输入两个齿轮输出的形式。

双电机消隙目前有德国的STOBER以及台湾的SunUs等。

双电机消隙就是两个电机通过齿轮与赤道仪的主齿轮啮合，并按双电机消隙控制曲线进行驱动，永远不会出现两个电机输出转矩同时为零的情况，即任何时候两个电机至少有一个会对主齿轮施加不为零的转矩，在此转矩的作用下，主齿轮的运动间隙就不可能存在。

当然，此转矩必须大于转动链本身的摩擦力矩。

在实际消隙方式下，当系统需要的输出合力矩为零（静止）时，两通道电机的电枢电流为±Io（消隙偏置电流），其输出力矩大小相等方向相反；当系统需要的输出合力矩增加时，两通道电机的电枢电流随图二的曲线变化，其中一个通道的输出力矩将继续增加，另一个通道的输出力矩逐渐减小至零再增加，由阻力源变为动力源
双电机消隙的优势。

相对于机械消隙，双电机消隙具有性能上的优势，重复定位精度可达到0.01；控制灵活，需要加大扭力是，两个电机可
以同时驱动，而两个电机反方向驱动是可消除背隙；成本控制，由于是同时使用两个伺服电机，股伺服电机的型号可选用较小的，这样成本不会高于机械消隙；双电机消隙具有良好的发展前景，由于其性能优越，精度高，成本低，在竞争日益激烈的市场中越来越受到各大厂家的青睐。

基于MATLAB的机电动力系统建模与仿真方法研究机电动力系统是指由电力系统和机械系统组成的复杂系统，它涉及到电力的生成与传输、机械运动的控制和能量转化等多个方面。

对于机电动力系统的建模与仿真，可以通过MATLAB软件来进行研究和实现。

一、机电动力系统建模方法1. 电力系统建模：电力系统由发电机、变压器、电缆、断路器、负载等组成，可以将其建模为电气网络。

可以使用MATLAB的Simulink工具箱来建立电力系统模型。

在建立模型时，需要考虑发电机的动力学特性、负载的特性以及电路的拓扑结构等，可以采用不同的电路元件进行建模，如电阻、电感、电容等。

2. 机械系统建模：机械系统由电动机、传动装置、负载等组成，可以将其建模为动力学系统。

可以使用MATLAB的Simulink工具箱来建立机械系统模型。

在建立模型时，需要考虑电动机的转矩特性、传动装置的动力学特性以及负载的特性等，可以采用不同的机械元件进行建模，如惯性元件、摩擦元件等。

3. 机电耦合建模：机电动力系统是电力系统和机械系统的耦合系统，需要将电力系统和机械系统的模型进行耦合建模。

可以使用MATLAB的Simulink工具箱来建立机电耦合模型。

在建立模型时，需要考虑电力系统和机械系统之间的能量转换和信息传递等关系，可以通过引入耦合元件和耦合方程来实现机电耦合模型。

二、机电动力系统仿真方法1.参数仿真：通过改变机电动力系统的参数来进行仿真分析。

可以通过修改电力系统和机械系统的参数，如发电机的额定功率、电动机的额定电流等，来分析机电动力系统的性能指标，如功率因数、效率等。

2.稳态仿真：用于分析机电动力系统的稳定运行状态。

可以根据机电动力系统的稳态方程，设置合适的边界条件，进行稳态仿真分析，包括功率平衡、电压稳定等。

3.动态仿真：用于分析机电动力系统的动态响应。

可以通过给系统施加不同的输入信号，如负载变化、电压突变等，来研究机电动力系统的瞬态响应和稳定性能，如过电压、过电流等。

实验五、基于MATLAB/Simulink的机电一体化系统的仿真分析实验一、实验目的机电一体化系统建模是进行机电一体化系统分析与设计的基础，通过对系统的简化分析建立描述系统的数学模型，进而研究系统的稳态特性和动态特性，为机电一体化系统的物理实现和后续的系统调试工作提供数据支持，而仿真研究是进行系统分析和设计的有利方法。

本实验目的在于通过实验使同学对机电一体化系统建模方法和仿真方法有初步的了解，初步掌握在MA TLAB/ SIMULINK环境下对机电一体化系统数学模型进行仿真的方法。

（1）掌握机电一体化系统数学建模的基本方法（2）掌握机电一体化系统数学仿真的基本方法和步骤。

（3）掌握在MA TLAB/ SIMULINK环境下对机电一体化系统数学模型进行仿真的方法。

二、实验器材（1）计算机（2）MA TLAB/ SIMULINK软件三、实验原理（一）建立数学模型以一定的理论为依据把系统的行为概括为数学的函数关系，包括以下内容：1）确定模型的结构，建立系统的约束条件，确定系统的实体、属性与活动。

2）测取有关的模型数据。

3）运用适当理论建立系统的数学描述，即数学模型。

4）检验所建立的数学模型的准确性。

机电一体化系统数学模型的建立是否得当，将直接影响以此为依据的仿真分析与设计的准确性、可靠性，因此必须予以充分重视，以采用合理的方式、方法。

（二）机电一体化系统的计算机数字仿真实现1）根据已建立的数学模型和精度、计算时间等要求，确定所采用的数值计算方法。

2）将原模型按照算法要求通过分解、综合、等效变换等方法转换为适于在数字计算机上运行的公式、方程等。

3）用适当的软件语言将其描述为数字计算机可接受的软件程序，即编程实现。

4）通过在数字计算机上运行，加以校核，使之正确反映系统各变量动态性能，得到可靠的仿真结果。

（三）．凑试法确定PID调节参数凑试法是通过模拟或闭环运行（如果允许的话）观察系统的响应曲线（例如阶跃响应），然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID调节参数。

第３８卷第４期２０２０年７月 贵州师范大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｚｈｏｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ）Ｖｏｌ．３８．Ｎｏ．４Ｊｕｌ．２０２０引用格式：李红，王春梅，陆蕴香．基于Ｍａｔｌａｂ的双齿轮弹簧消隙箱的优化设计［Ｊ］．贵州师范大学学报（自然科学版），２０２０，３８（４）：１１４ １１８．［ＬＩＨ，ＷＡＮＧＣＭ，ＬＵＹＸ．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｄｏｕｂｌｅｇｅａｒｓｐｒｉｎｇａｎｔｉ ｂａｃｋｌａｓｈｂｏｘｂａｓｅｄｏｎＭａｔｌａｂ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｚｈｏｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ），２０２０，３８（４）：１１４ １１８．］基于Ｍａｔｌａｂ的双齿轮弹簧消隙箱的优化设计李　红，王春梅，陆蕴香（贵州师范大学机械与电气工程学院，贵州贵阳　５５００２５）摘要：根据双齿轮弹簧机构的消隙原理，以消隙箱的体积小、重量轻为优化目标，建立了消隙齿轮箱的数学模型，利用Ｍａｔｌａｂ软件进行优化设计计算，得出优化结果。

结果表明优化后的参数更加合理，通过减小消隙齿轮箱的体积和重量，从而减小了进给部件的总重量，便于安装和提高传动效率。

关键词：弹簧消隙机构；目标函数；反向间隙；优化设计中图分类号：ＴＨ１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—５５７０（２０２０）０４－０１１４－０５ＤＯＩ：１０．１６６１４／ｊ．ｇｚｎｕｊ．ｚｒｂ．２０２０．０４．０１９Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｄｏｕｂｌｅｇｅａｒｓｐｒｉｎｇａｎｔｉ ｂａｃｋｌａｓｈｂｏｘｂａｓｅｄｏｎＭａｔｌａｂＬＩＨｏｎｇ，ＷＡＮＧＣｈｕｎｍｅｉ，ＬＵＹｕｎｘｉａｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｚｈｏｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ５５００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｎｔｉ ｂａｃｋｌａｓｈｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｄｏｕｂｌｅ ｇｅａｒｓｐｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｈａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｂａｃｋｌａｓｈｇｅａｒｂｏｘｂｙｔａｋｉｎｇｔｈｅｓｍａｌｌｖｏｌｕｍｅａｎｄｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｏｆｃｌｅａｒａｎｃｅｂｏｘａｓｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅ，ａｎｄｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｂｙｕｓｉｎｇＭａｔｌａｂｓｏｆｔｗａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｔｈｅｔｏｔａｌｗｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｆｅｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓｉｚｅａｎｄｗｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｂａｃｋｌａｓｈｇｅａｒｂｏｘ，ｗｈｉｃｈｉｓｅａｓｙｔｏｉｎｓｔａｌｌａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐｒｉｎｇａｎｔｉ ｂａｃｋｌａｓｈｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｂａｃｋｌａｓｈ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ０　引言制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基［１］。

基于MATLAB的双馈电机仿真作者：王培炎来源：《中国校外教育·综合(上旬)》2013年第11期根据双馈发电机的原理及数学模型采用定子磁链定向的方法，对变速恒频风力发电系统进行研究，确定了基本的控制策略。

通过MATLAB/Simulink建立系统的仿真模型进行仿真，这些都为进一步地深入研究提供了有效的理论依据。

双馈发电机仿真数字模型一、双馈发电机的基本原理随着电力电子技术和数字控制技术的迅速发展，人们在不断寻求采用新的途径解决电力系统稳定和无功问题的时候，提出了采用交流励磁发电机取代或部分取代常规同步发电机的设想，并已由理论到实践取得了一些成果。

这种发电机的转子绕组由原来的直流励磁绕组改为三相对称交流励磁绕组。

当通以某一额定频率（fc）的交流电时，就会产生一个相对转子旋转的磁场，其转速为：n=60fcnp（np为极对数），转子实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场的转速（方向可以相同或相反）等于同步转速，即：n1=nr±n2。

由此在电机气隙中形成一个同步旋转的磁场，在定子侧感应出同步速的感应电势。

从定子侧看，这与直流励磁的转子以同步速旋转时，在电机气隙中形成一个同步旋转的磁场是等效的。

如果按电机转子的转速是否与同步转速一致来区分异步发电机或同步发电机。

则交流励磁发电机应当被称为异步发电机。

但是，从性能来看，交流励磁发电机很多地方又与同步发电机相似。

二、定子磁链定向的矢量控制在交流励磁发电机中，考虑到发电机始终是在工频50Hz下运行，在这样的频率下，通常电机定子绕组的电阻可以忽略不计。

此时，定子绕组总磁链与定子电压的矢量之间的相位正好相差90度，因此在实际应用中，以定子电压矢量或者以定子绕组总磁链为参考矢量，可使控制系统变得相对简单。

这表明，电机有功功率和转子电流有功分量成正比，无功功率和转子电流无功分量成正比，只要分别控制转子电流分量和，即可实现发电机有功功率和无功功率的独立调节。

基于Matlab的直流电机双闭环调速系统仿真本文将介绍使用Matlab软件进行直流电机双闭环调速系统的仿真。

直流电机调速系统是工业控制领域中常见的一种控制系统，通过控制电机的输入电压，调节电机的转速。

双闭环调速系统在传统的单闭环调速系统的基础上增加了速度环和电流环，提高了系统的稳定性和响应速度。

1. 直流电机调速系统介绍直流电机调速系统主要包括电机、电机功率器件、传感器和控制器等组成部分。

其中，电机是被控对象，通过控制电机功率器件的输入电压，可以调节电机的转速。

传感器用于实时测量电机的转速和转矩，将测量值反馈给控制器。

控制器根据测量值和设定值的差异，生成控制信号，控制输入电压，使得电机的转速达到设定值，并保持在设定值附近。

2. 双闭环调速系统结构双闭环调速系统在传统的单闭环调速系统的基础上增加了速度环和电流环，使得系统的控制更加精确。

速度环对电机的速度进行控制，根据速度误差生成调节电压；电流环则对电机的电流进行控制，根据电流误差生成最终的控制信号。

双闭环调速系统的结构如下所示：_______ _______| | e1 | |r +--+ | |---+-->| C |---+--> u| | | | |_____| |+--->| P1 | | | +-------+| | | _______ | | |y <---+ |_____| _|_ | | | | |_______ | | C1 | | | P2 || | | |_____| | | |--| P0 |--+ +--> | |t |_____| | +-------+y其中，r为输入信号（设定值），y为输出信号（测量值），e1为速度误差，e2为电流误差，P1为速度环比例控制器，P2为电流环比例控制器，C1为电流环输入限幅器，C为速度环输入限幅器，u为控制信号（调节电压）。

3. 双闭环调速系统仿真实现步骤步骤一：建立模型在Matlab软件中，建立直流电机的数学模型。