第四章直流仿真

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第4章系统仿真模型-系统动力学

§4-5 DYNAMO仿真计算
一、一阶正反馈回路二、一阶负反馈回路三、两阶负反馈回路
§4-6 系统动力学建模步骤
一、系统动力学模型的建模步骤二、 DYNAMO仿真流程框图三、系统动力学模型的评价课后作业
第六章系统仿真模型——系统动力学
§6-1 系统仿真的基本概念及其实质一、基本概念系统仿真——（Systems simulation）是对真实过程或系统在整个时间内运行的模仿。 ◆依系统的分析目的进行构思 ◆建立系统模型 ◆建立描述系统结构和行为、具有逻辑和数学性质的仿真模型 ◆依仿真模型对系统进行试验和分析 ◆获得决策所需信息
第六章系统仿真模型——系统动力学
§6-2 系统动力学概述一、系统动力学及其发展
（二）国内外系统动力学（Systems dynamics, SD）发展
1 国外学者SD研究现状
系统动力学在国外的应用非常广泛，其应用几乎遍及各类系统，深入到各类领域。在商业上模拟复杂竞争环境中的商业模型；在经济学上解释了SamuelsonHicks模型；在医学研究上模拟不同药物效用对病人的生理学反映，如测试经过胰岛素治疗后糖尿病病人血液葡萄糖水平的医学模型；在生物学上模拟并推导了捕食者——被捕食者问题；还有模拟地区经济模型，模拟生态系统模型等研究。
一、基本概念二、系统仿真的实质三、系统仿真的作用
§4-2 系统动力学概述
一、系统动力学及其发展二、反馈系统
§4-3 系统动力学结构模型
一、信息反馈系统的动力学特征二、反馈系统三、流程图（结构模型）
第六章系统仿真模型——系统动力学
目录
§4-4 系统动力学数学模型（结构方程式）
一、基本概念二、 DYNAMO方程

计算机仿真技术课件第四章面向结构图的数学仿真方法

（1）对每个环节要增设一个参数Z(I)，它表示第I个环节的入口有哪种类型非线性环节。
（2）对每个环节要增设一个参数C(I)，它表示第I个环节入口的那个非线性环节的参数，当第I个环节入口没有非线性环节，C(I)=0。
（3）一个完整的面向结构图的离散相似法仿真程序框图如图4-17 所示：
输入环节数 n,步长，输入函数 y0,等输入各环节系数，以及初值xi (0), yi (0)
G(s)
a0 s 2
b a1s a2
，
u
1 s
－
d
sc
y
图 4-5 二阶环节等效结构图
4.2 面向结构图离散相似法仿真
y0
u1
＋
-
y1 u2
1 ＋-
y4
y2 u3
2
u4 4
y3
3
图 4-6 系统结构图
如果由一个系统如图4-6所示，如果已知各环节的传递函数，侧很容易将其离散化，而各环节的输入－输出关系为
其中
a0 c / b a1 a / b
（4-7）
u
a0
x
1 s
x
y
-
a1
图 4-3 惯性环节结构图
惯性环节的状态方程和输出方程为
x a1x a0u yx
离散状态方程为
x(n 1) (T )x(n) m (T )u(n) ˆmT 2u(n)
y(n 1) x(n 1)
x(0) y(0)
步骤
运行程序根据提示输入数据
结果分析
确定系统各个环节号
根据图4-19所示，写出连接矩阵
u1 1
u2
0
uu43
0 0
0 1 0 0

《电力电子技术》第四章习题解答

从图中可知：
（THD）给出了电流Ud的畸变率：THD=112.28%。
说明：因为输出电流电压直流成分极大，所以谐波含量极高。
（3）交流侧电流Is傅里叶分析如下：
从图中可知：
（THD）给出了电流Ud的畸变率：THD=42.95%。
说明：因为输入电流电压漏感影响不大，所以谐波含量较低。
各次谐波列表如下：
（1）做出uC1，uC2和ud的波形；
（2）做出△Ud (p-p)与Ud的比值；
（3）如果单相全控桥式整流电路参数如下：Us= 240V，Ls= 1mH，Cd= 500F，负载用10A的直流电源表示，计算第（2）问，并与之前的计算结果相比较。
解：
图4.27双重电压整流电路
由FFT分析谐波列表可知，电流的基波分量相位θi=-27.1°、θv=0°。故其相位差为
Φ=-27.1˚（滞后），所以DPF=cosΦ=0.89。
傅里叶分析可知电流的基波分量Is1=120.6A
由谐波畸变率公式
可求得：Is=131.25A，故
4-15.图4.20所示的单相整流电路中，Us= 120V，频率50Hz，Ls= 2mH，Rs= 0.4，负载的瞬时功率pd(t) = 1kW。利用Pspice软件，做出Cd分别为：200、500、1000和1500F时，THD、DPF、PF以及换相压降△Ud(p-p)的函数曲线，并分析直流侧滤波电容的作用。
∴
(4)
∴ 的值与上问相同。
4-6.图4.6(b)是简化的单相整流电路，其中Ls= 0，直流侧电流恒为Id，计算出每个二极管所通过电流的平均值和有效值，以及与Id的比值。
解：如下图所示，
∵Ls= 0时，每个二极管换流是瞬时完成的
∴每个二极管导通时间为一半的周期，而且是上下桥臂有且只有一个导通。

电机与拖动基础及MATLAB仿真习题答案(第四章)

4-14 一台直流电动机技术数据如下：额定功率PN=40kW ，额定电压UN=220V ，额定转速nN=1500r/min ，额定效率η=%，求电动机的额定电流和额定负载时的输入功率解：（1）额定电流（2）输入功率4-15 一台直流发电机技术数据如下：额定功率PN=82kW ，额定电压UN=230V ，额定转速nN=970r/min ，额定效率η=90%，求发电机的额定电流和额定负载时的输入功率解：（1）额定电流（2）输入功率4-16 已知一台直流电机极对数p=2，槽数Z 和换向片数K 均等于22，采用单叠绕组。

试求：（1）绕组各节距；（2）并联支路数。

解：（1）第一节距5424222y 1=-=±=εp z ，为短距绕组。

单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1，即1y ==k y第二节距415y 12=-=-=y y（2）并联支路数等于磁极数，为4。

4-17 已知直流电机极数2p=6，电枢绕组总导体数N=400，电枢电流Ia=10A ，气隙每极磁通Φ=×10-2Wb ，试求：（1）采用单叠绕组时电枢所受电磁转矩；（2）绕组改为单波保持支路电流ia 不变时的电磁转矩。

解: 电枢绕组为单叠绕组时,并联支路对数a=p=3,电磁转矩 m N I a pN T a ⋅=⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=38.1310021.0314.3240032π 如果把电枢绕组改为单波绕组, 保持支路电流a i 的数值不变,则电磁转矩也不变,仍A U P I N N N N 79.207875.022010403=⨯⨯==ηkWI U P N N 71.4579.2072201=⨯=⨯=A U P I N N N 5.35623010823=⨯==KW P P N 11.911==η为m N ⋅,因为无论是叠绕组还是波绕组,所有导体产生的电磁转矩的方向是一致的,保持支路电流a i 不变,就保持了导体电流不变,也就保持了电磁转矩不变。

第四章连续仿真

单步法：欧拉法、梯形法、龙格－库塔法多步法：阿达姆斯法预测校正法

离散相似法
频域相似法、时域相似法
数值积分法
数学模型——差分方程，并求出其数值解（也成数值解法）。单步法与多步法显式与隐式
仿真模型误差

截断误差
基于泰勒展开公式的数值计算法，积分方法的阶次越高，截断误差越小，减小步长可缩小每一步的截断误差。

二是状态事件(state-event) 一条件时发生。
系统达到某
思考题

交通系统仿真中那些属于连续仿真？
离散相似法

数值积分法将微分方程转换成计算机可编程的迭代式，通过计算各采样点的模型数值求解微分方程。离散相似法就是用离散化的模型直接代替连续系统的数学模型。常用的方法有吐斯丁法、状态变换法。
仿真算法比较和选择

欧拉法和龙格－库塔法可用于非线性系统；吐斯丁法、状态转移法限于线性系统。
(2)达到某一阀值后的连续状态变量可引起另一事件发生。
如化学反应中某一成分达到预设标准后反应关闭。
(3)某些连续变量的功能性描述可以在某些离散时间点上改变。
如污染物排放可立即改变生态系统的平衡关系。
组合仿真模型

组合仿真中有两类事件：一是时间事件(time-event) 指在某些特定时间点上发生的事件。这在离散仿真中很常见。

连续仿真的一些概念
模型：一般用状态变量的微分来描述： ds(t ) s 2 (t ) t 2 dt s (0) k • S不能用解析方法得到时，可用积分方法来仿真：
ds s (t 2 ) s (t1 ) ( )dt dt t1
t2

第四章仿真结果分析与模型校验

▪ ▪ 式中
T是仿真的运行长度，ˆ
1 T
T
0
Y
t
dt
称为Y(t)在〔0，T〕上的时间平均值。
E ▪ 是的无偏估计。 ▪ 称为连续仿真系统性能的平均测度。
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第四章仿真结果分析与模型校验
▪ 4.2 区间估计和置信区间
▪ 区间估计
▪ 首先，确定在无偏估计下，估计点估计（或）的方差。
率意义上“重新开始”即再生，并利用这些再生点火的独立的随机变量，从而有可能应用经典的统计分析方法。 ▪ 这种方法只能应用于类似简单排队系统这样具有再生特性的系统。 ▪ 一个从再生状态开始运行的再生系统，具有数据序列的周期特征。 ▪ 对于再生过程，系统的稳态平均响应是一个周期观察值的均值与这个周期上观察值的平均数目之比。
– （1）在系统分析与系统建模阶段，进行概念模型确认。判定系统模型是否有效地代表了实际系统，建模所依据的理论与假设是否合理。
– （2）在编程和计算机模型开发阶段，进行计算机模型验证。判定系统模型是否被正确地转换成了仿真模型（计算机程序）。
– （3）在数字实验阶段，确认操作的有效性。判定仿真模型输出是否足够准确。 – （4）判定数据的有效性。确定建立模型、测试模型和用模型进行实验所必需的
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第四章仿真结果分析与模型校验
▪ 4.4 非终止型仿真结果分析 ▪ 批平均值法 ▪ 批平均值法是寻找获得独立同分布随机变量观察值的方法，以便应用
经典方法获得置信区间估计，然而，批平均法不是从一些段的独立重复运行中收集数据，而是以单次长时间的仿真运行为基础，这就是批平均值法的本质。
第四章仿真结果分析与模型校验
▪ 4.3 终止型仿真结果分析 ▪ 稳态仿真重复运行方法 ▪ 我们已经看到通过设定T0、TE可以将点估计中初始条件引起的偏差已被

第四章 Multisim 电路的设计与仿真

如下图3.6所示。其中包含的字段有 Database name（元器件数据库）， Component Family（元器件类型列表）， Component Name List（元器件名细表）， Manufacture Names（生产厂家），Model Level-ID（模型层次）等内容。
图3.6 Component Browser窗口
■ VHDL/Verilog按钮用以使用VHDL模型进行设计（不是所有版本都具备）。
■ 报告按钮（Reports）用以打印有关电路的报告。
■ 传输按钮（Transfer）用以与其它程序通讯，比如与Ultiboard通讯。也可以将仿真结果输出到像MathCAD和Excel这样的用用程序。
4.2Multisim对元器件的管理
4.1.2Multisim 的特点
■ 更加形象直观的人机交互界面； ■ 模/数电路的混合仿真功能很强； ■ 元件库含有丰富的标准器件及先进的数
字集成电路； ■ 提供多种虚拟仪器； ■ 提供了专门用于射频电路仿真的元件模
型库和仪表。
4.1.3Multisim界面导论
■ Multisim主窗口界面
■ Multisim为用户提供了类型丰富的虚拟仪器，可以从Design工具栏 Instruments工具栏，或用菜单命令（Simulation/ instrument）选用11种仪表。
■ 在选用后，各种虚拟仪表都以面板的方式显示在电路中。
■ 在电路中选用了相应的虚拟仪器后，将需要观测的电路点与虚拟仪器面板上的观测口相连，可以用虚拟示波器同时观测电路中两点的波形。
元器件栏暂停/恢复开关启动/停止开关菜单栏工具栏电路工作区图1.1 multisim的主窗口

电力电子仿真—正文

电力电子仿真—正文随着电力电子的飞速进展，电力电子技术的应用也变得越来越广泛。

它不仅用于一样工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、运算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用，能够说时无处不见。

正是由于电力电子的重要性，我们必须把握好该理论。

而且要把理论与实践沟通起来，而沟通这两者的桥梁确实是电力电子仿真软件。

本书要紧分四章对仿真软件从由浅到深、化零为整系统地进行了分析。

在第一章中要紧介绍了比较常见的仿真软件，并对其各自的优缺点与要紧的应用领域做了重点介绍。

在第二章中为了熟悉simlink 仿真软件应用环境，介绍了三种典型电力电子器件的特性，即不可控器件—电力二极管、半控器件—晶闸管、全控器件—IGBT。

在第三章设计分析了三种常见的典型电路并对仿真软件有了进一步的熟悉与应用，即整流电路分析、交流调压电路分析、降压斩波电路分析。

在第四章中对直流电机运动操纵系统—可逆PWM变换器应用作了较为详细的设计与分析。

关键词：仿真软件simulink 仿真波形整流调压斩波PWM目录引言 (4)第1章电力电子仿真软件概述 (5)1.1PSpice仿真软件 (5)1.2 Saber 仿真软件 (6)1.3 PLECS仿真软件 (7)1.4 PSIM仿真软件 (9)1.5 CASPOC仿真软件 (9)1.6基于M atlab的Simulink仿真软件 (10)1.7本章小结 (11)第 2 章差不多元器件特性的测试仿真 (12)2.1 不可控器件——电力二极管 (12)2.2 半控器件——晶闸管 (19)2.3 全控器件——IGBT (29)2.4 本章小结 (32)第3章差不多典型电路的设计与分析 (33)3.1 整流电路的设计分析 (33)3.2 交流调压电路的设计分析 (38)3.3 降压斩波电路的设计分析 (43)3.4 本章小结 (46)第4章直流电机操纵系统仿真—桥式可逆PWM变换器应用 (47)本章小结 (63)总结体会 (64)参考文献 (65)引言运算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点，差不多广泛应用于电力电子电路( 或系统) 的分析和设计中。

Multisim9电子技术基础仿真实验第四章一直流工作点分析

然后，按OK键确认。
Multisim 9
电方法
电路被自动编辑节点编号。
Multisim 9
电路设计入门
第4 章
基本仿真分析方法
4.1.3 直流工作点分析举例
进行直流工作点分析的步骤是：（1）单击Simulate菜单，打开下拉菜单。
Multisim 9
第4章基本仿真真分析方法变量类型选择列表增加设备参数或模型参数对话框multisim9multisim9multisim9电路设计入门电路设计入门节点过滤对话框分析表达方式对话框第4章基本仿真真分析方法multisim默认的选择
第4 章
概述
Multisim提供了多种分析类型，所有分析都是利用仿真程序产生用户需要的数据。当用户激活一种分析后，分析结果将默认显示在 Grapher上并保存起来，以供后处理器使用。用户需要整体了解Multisim的分析类型和掌握每种类型的具体选项。下述工作，几乎对于任何分析都要进行：设置分析参数（所有参数都有缺省设置）；设置输出变量的处理方式（必须）；设置分析标题（任选）；设置任选项的自定义值（任选）。
Multisim 9
电路设计入门
第4 章
直流工作点分析对话框
Analysis Options分页
基本仿真分析方法
Multisim默认的选择。若选用该项，则采用习惯SPICE方式；同时点击定制按钮，分析选择对话出现。选择该项，可检查分析是否对电路有效。分析标题出现在方框中，并在审核过程中记录。
电路设计入门
第4 章
基本仿真分析方法
照此将所有应予分析的逐一移至左边。
Multisim 9

第四章预测与仿真

21
2020/4/8
4.2时间序列预测
设时间序列为设时间序列为
y1，y2，...，yt,…；
Mtw为t期加权移动平均数，即有
M tw
w1 yt
w2 yt1 wN ytN 1 w1 w2 wN
t≥N
Wi为yt-i+1权数，w1>w2>...>wN
加权移动平均预测公式为：
yt1 M tw
4.2时间序列预测
4.2.1 时间序列预测问题
任何事物和相关因素都是随时间变化的，把这种状态变化的记录值按照时间的顺序排列就称为时间序列。
依据时间序列数据，探求与分析它随时间变化的规律和趋势，通过时间外推，预测分析相关事物或因素目标未来时点的状态值的问题就是时间序列预测问题。
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2020/4/8
3个月移
动平均
405 412 469 467 461 452 469 456 430 419
预测值
5个月移动平均预测值
437 439 452 466 473 444 444 452
19
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4.2时间序列预测
N的选择应根据具体情况作出抉择
当N=3时：
S
1 9
12 t4
yt
yt1
2
即以第t期移动平均数作为第t+1期预测值
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4.2时间序列预测
例4-1 某城市家电销售公司某年1月至 12月的电冰箱销售量如表4-1所示。试用简单移动平均法，预测下年一月的销售量。
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4.2时间序列预测
表4-1 电冰箱销售量及移动平均预测值表
月份

Simlink仿真环境第四章

21
4.5.4 实例观察S函数文件和模型
• 打开stest1.m文件 • 打开stest1_090508.mdl
4.5.5 数学方程形式仿真单摆运动
• 打开stest_090508_math.mdl文件 • 比较仿真结果
4.6 模块化与封装
模块化技术可以简化系统结构，提高集成化程度把模块的集体内容包装起来，对外只显示关键数据，可供用户修改
编制带死区M文件并起名deadzone.m → save as
打开仿真图形test2，打开Simulink→打开UserDefind Functions→拖入MATLAB Fcn 双击MATLAB Function图标，打开参数设定界面在MATLAB Function中键入M文件名修改MATLAB Function图标下的名称连接到仿真图中
给各模块输入合适的值连接各模块，运行调试用1.2所示创建模块（lianxuxitong.mdl）
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例4-3：变换上例的模型
将x’(t) = -2x(t) + u(t)两侧同时进行拉氏变换，得
X(s)S = -2X(s) + U(s)
X(s)S + 2X(s) = U(s)
8、选择示波器
在Simulink模型库的Sinks中→拖动Scop示波器到仿真图中
9、构建闭环系统
用直线连接各个环节，构成闭环控制系统，注意箭头的方向
12
例：PID调节过程仿真（续）
10、修改仿真参数
在仿真图形界面，选择Simulation菜单中的Simulation parameters…，显示参数设定对话框在Solver中修改参数设定start time和Stop time（设 0、20）在解题选项（Solver options）中选择“Variabiestep变步长”和“ode45”算法

第四章 S参数仿真

4This chapter shows how to make S-parameter simulations and how to determine matching network values.Lab 4: S-parameter SimulationsLab 4: S-parameter Simulations4-2OBJECTIVES• Measure gain and impedance with S-parameters• Use a sweep plans, parameter sweeps, and equation based impedances • Plot and manipulate data in new waysAbout this lab: This lab continues the mixer testing by making various S-parameter measurements to determine circuit performance: gain and impedance.PROCEDURE1. Copy the last lab and save it as a new design named: s_params.After saving the schematic as s_params , continue modifying the design to match the schematic shown here, according to the following steps:a. Delete the AC sources and simulations. Also delete the measurement equations, parameters sweep, etc. – These are components you will not use for S-parameter simulations.b. Insert an S-Parameter simulation controller (Simulation-S_Parampalette) and set: Start=100 MHz , Stop=2 GHz , and Step=100 MHz .c. Insert S-parameter port terminations (Term ) instead of a source andload. The Node Names are the same as before: Vin and Vout.Lab 4: S-parameter Simulations4-32. Simulate and display results: use the data display optionsThe following steps will compare the S21 measurement to the AC simulation data and show you more about plots, traces, markers and text.a. Be sure the name of the dataset is: s_params and then simulate . It is a good idea to always check dataset names before simulating.b. When the simulation is finished, open a new Data Display window and save it as s_params . Then insert a rectangular plot of S-21 (dB).c. On the same plot, insert the trace the db of Vout from the ac_sim dataset from the last lab.NOTE on S-21 vs dB gain from AC simulation: The dB values of gain are the same because the AC simulation uses the standing wave voltage only.But the S-parameter simulation uses output power divided by incident power (V and I). In addition, the S-parameter source impedance is 50ohms and the V_AC source 0 ohms.d. Edit the plot (double click). Go to PlotOptions and try adjustingboth axes by deactivating the auto-scale and setting: Min, Max and Step.e. Reset the axes to Auto Scale and try the plot-zooming icons. Reset to Auto Scale when finished.f. Also, click on the Grid button and trychanging the grid as desired.Gain in dB S-21AC Gain: dBLab 4: S-parameter SimulationsYou may want to use these features later. 4-4Lab 4: S-parameter Simulations4-53. Add the LO impedance: series R-C to ground a. In the schematic, insert the following components to represent the impedance of the local oscillator: C=1.0pF and R=50 Ohms and ground. Insert onto the transistor base.b. Simulate S-21 again with the frequency range from 100MHz to 2 GHz (100 MHz steps) and name the dataset:s_lo .c. Deactivate the LO components, and simulate again with the dataset name: s_nolo to compare results.d. In the data display window, insert a new plot with the two S-21 traces: with the LO and without the LO impedance.The display should look similar to the one shown here.Select the two markers and click Marker > Delta Mode O n. The delta S-21 is about 0.9 dB.e. Save the data display window as s_params . Remember the data displaywindows are .dds files and the datasets are .ds files in the data directory.Delta marker mode showsdifference in impedance.Lab 4: S-parameter Simulations4-64. Plot the S11 impedancea. In the same data display window,insert a Smith chart with the S-11trace from the s_lo dataset.Insert a marker at 900 MHz and notice that the marker shows the reflection coefficient (magnitude/angle) and also the impedance (real and imaginary). For the design, there is an obvious mismatch here.b. Edit the marker readout (double click on the marker readout).When the dialog appears, change Zo to 50 and click OK. Themarker will now give you the real and imaginary value of S-11 in ohms:c. Change the Zo setting to PortZ(1) as shown and you will get the same answer as setting Zo to 50. However, if you did have a different port impedance (for example Z=75 Ohm) then the PortZ setting wouldcalculate the readout using 75.Lab 4: S-parameter Simulations4-7d. Insert a list . Then select S data and PortZ and add them. Then use Plot Options to Suppress Table Format . This will display all four S-parameters in a tabular format as opposed to selecting only one of the S values. In addition, the port impedance of the termination is given too.e. In the Data Display window,use the scroll buttons or zoom icons to view the data. Also,try changing the font type and size in the list (you may need this for a presentation) by clicking the command: Text > Font.Lab 4: S-parameter Simulations4-85. Add frequency sensitive terminations for the RF & IFFrequency sensitive Z ports from the Equation-based Linear component library allow you to describe how a termination responds to changes in frequency. For example, for S11 matching, the Z port on the output is programmed to be an RF short to ground like a filter that you would use.Conversely, the Z port at the input is programmed to be an IF short toground. This provides a better approximation of the final S-parameters after creating the matching networks.NOTE: You will move components around and rewire several items to complete the steps. Take your time and create an organized schematic.a. From the palette, select the Eqn Based-linear components and insert a one port Z Eqn in parallel with the input.b. Assign the value of Z[1,1] to be a variable: Z_IF.c. Insert another Z 1-port Eqn in parallel with the output impedance and assign the value of Z [1,1] to be the variable: Z_RF .d. Insert a VAR (variable equation) and edit it to declarethe values of Z_IF and Z_RF as shown here:Eqn Based-Linear Z port is programmed to be a short at the IF frequency – used when creating the output matchingnetwork (S22).Lab 4: S-parameter Simulations4-96. Insert ideal DC feed inductorsa. Go to the Lumped Components palette and insert a DC feed inductor between the transistor base and the resistor RB.b. Insert another DC feed between the collector and the resistor RC.7. Set up a Sweep Plan (SweepPlan)a. Sweep Plans are in simulation palettes - insert a Sweep Plan.b. Set the sweep for three single points: RF, IF and LO frequencies.First, click Sweep Type and set it to Single point . Then type in thefrequency points and click the Add button after every entry. Use Add or Cut to remove or change the position of any unwanted parameters.c. Click Apply and OK when the dialog has these entriesonly.Partial view of schematic shows DC_Feedcomponents used as ideal inductors: short to DC and open to AC.Lab 4: S-parameter Simulations4-108. Edit the S-Parameter Simulation Controllera. Select the S-parameter simulation controller and click the Edit icon –this is the same as double clicking on the component.b. In the Frequency tab , click the box Use sweep plan and select the sweep plan Plan 1 which you have already set up – the controllerrecognizes inserted sweep plans. Click Apply and note that the start and stop settings should now be grayed out.NOTE: Please be sure that the Sweep Type is NOT Single Point. If it is, only oneFrequency would be used for simulation.c. In the Display tab, check theSweepPlan and remove the Start, Stop and Step check boxes. Click OKand the simulation controller should now look like the one here.S-parameter simulation controller set toassign FREQ to be the sweep plan values.Edit Parameters icon9.Check the circuit - it should look like the one shown here:a.Be sure the LO impedance is activated. Set up a new dataset name:s_zport and Simulate. Then plot the S-11 data on a Smith Chart.b.Deactivate the Z-ports, and simulate again with the dataset name:s_no_zport.c.Add the s_no_zport trace tothe Smith chart and notice thedifference at 45 MHz betweenthe two traces by putting newmarkers at 45 MHz for eachtrace. As you can see, the IFresponse is a short with the Zport and almost an openwithout the Z ports (withopposite phase).d.Save the data and schematic(s_params).M4 = s_zport = shortM5 = s_no_zport = open10.Modify the BJT_PKG sub-circuit (B-C capacitance)The following steps will further demonstrate the use of Z ports, sub-circuits and simulations in the hierarchy.a.Open a second schematic window as follows: from the currentschematic window (s_params) click Window > Schematic or use the hot keys: Ctrl+Shift S. Now you have two windows of the same design.This is good for viewing details of a large schematic while keeping theoverall design viewable.b.In the new schematicwindow, push intothe bjt_pkg. Now, inthis lower levelhierarchy, add acapacitor between thecollector and baseC=CJ and add a VAR= 0.2 pF being sure toput spaces between thenumber and the unitsas shown.NOTE: This will have a similareffect as modifying the Cjcparameter in the model card.c. At this lower level, press the F7 simulate key. You should get an error message in the status window because there is no simulation controller.d. Move the cursor back to the other schematic window (higher level hierarchy with the simulation controller). Keeping the same dataset name from the previous simulation (s_no_zport ), and the z ports deactivated , simulate and note the change to the S11 data.DESIGN NOTE : With the added capacitance (base to collector), at 45 MHz there is little or no change. But at 900 MHz, the input impedance is more capacitive as it would be with a real device. Also, the z port (Z_RF) now shows that it can be used to create a mathematical representation of the behavior of a matching network. In this case, it will allow you to start designing the input match with the output already represented,thus eliminating iterations.11. Tune the Sub-circuit VariableThe following step shows how to tune a variable (VAR) in a sub-circuit and keep the data separate from the existing datasets. This will require moving windows and dialogs around on the screen and using both schematic windows. This step is not critical to designing the mixer but it does demonstrate a procedure you may need in your own designs later on.a. Setup a new dataset name: s_cj_tune and Simulate again. This will create a dataset.b. Close the existing data display window and open a new data display window. The default dataset name s_cj_tune should appear.Insert a Smith chart of the S-11 data.c.In the upper level schematic,start the Tune mode(Simulate> Tuning). You willsee the status window and theTune control dialog appear.Next, move the cursor back tothe bjt_pkg sub-circuitwindow and select the CJparameter value.d.Position the data displaywindow so you can see thenew trace values resultingfrom the tuning. Here is acase where small changesoccur and so you can zoominto the Smith chart.e.To easily end tuning, press thekeyboard Esc key or use theright mouse button EndCommand.f.Delete the Smith chart so the data display is empty.g.In the subcircuit: remove the Capacitor and VarEqn.NOTE: Save the s_params design. It will be used for the next lab to develop the final input and output matching networks for the mixer.NOTE on the next 2 steps: Do these only if you have time. They are not required for the mixer design. They demonstrate how to write or read data into ADS.12. Reading and Writing S-parameter Data with an S2P fileYou can read or write data in Touchstone, MDIF, or Citifile formats. ADS can convert supported data into the ADS dataset format. Typically, these data files are put in the project directory but they can also be sent to the data directory. You can control where they reside.a. In the data display window (s_params.dds), click on the HP-IB icon (Instrument Server).b. When the dialog box opens, click the box to WRITE and Write to File then select the Touchstone format.c. In the File Name field, instead of using the name default , type in the name: my_file.s2p .d. Select the Output Data Format as Mag/Angle . In the Datasets field,select the dataset s_zport to be translated and select the variables (shown above).e. Click the Write to File button and then check the Status Window. If everything is correct, you will get a message confirming the dataset write was successful: my_file.s2p is now a Touchstone file.13.Assign the S2P component to the data file and simulateIMPORTANT NOTE:Be sure to select the type of Output Data Format you want whenever you use this feature. For this lab, select Mag/Angle.In this step, you will write and read an s-parameter Touchstone file using the s2p component. This is similar to downloading an s-parameter file from the web for use in a simulation.a.Open a new schematic window (untitled) using Ctrl Nwhere N means new (schematic).b.Insert an S2P component (type it in or get it from thepalette Data Items. Notice that the component variable(file=) is not yet assigned.c.To assign the data, type in the file name or edit the S2P component.Another dialog box will appear. Now, set the browser to look for AllFiles (*.*).d.Next, browse for the file in the directory where thedata was written. Then use the Open button to selectthe file: my_file.s2p.NOTE: You can use a text editor to look at or to modify the values.e.In the untitled schematic insert the template: S-param(command: File > Insert Template) and wire the S2P component to theports and insert a reference groundf.Go back to the s_params schematic and copy the Sweep Plan to thebuffer and paste it into the untitled schematic. Set the Simulationcontroller to use the Sweep Plan.g.Simulate with the dataset name: my_s2p. Plot the results in the DataDisplay window to verify the simulation.h.Save the design and data with the name s_2p and close the windows.EXTRA EXERCISES:1.Translate data from a Touchstone file into a dataset. Use the Instrument Serverwindow and READ the file back into the data directory as an ADS dataset. Then simulate the S2P component with another name and save the file.e a real library device and simulate both with and without the Z ports to actuallysee the difference in S11. For example, use a device from one of the BJT libraries.3.Try writing an equation to vary the value of a package parasitic – for example, avalue of L that varies with frequency:4.Try writing an equation so that the port impedance changes with frequency andthen verify that the marker readout calculates the proper value of impedance.e a Z 2-port and create a conjugate match based on the initial S11 data.。

Multisim9电子技术基础仿真实验第四章一_直流工作点分析

直流工作点分析对话框
Summary分页
“-”号旁边显示所有项目和信息。点击“-”号，可将信息隐藏。
基础信息 “+”表明在下面有附加信息，点击“+”可将其展开。
4.1.2 设定电路节点
在进行直流工作点分析前，需设定电路节点。其步骤是：
（1）单击Options菜单，打开下拉菜单。
（2）选定Sheet Properties指令。
4.1 直流工作点分析
直流工作点分析用于确定电路的静态工作
点。在进行直流分析时，假设交流源为零且电路处于稳定状态，也就是假定电容开路、电感短路、电路中的数字器件看作高阻接地。直流分析的结果常常作为以后分析的基础。例如，
直流分析所得的直流工作点作为交流分析时小
信号非线性器件的线性工作区；直流工作点作为暂态分析的初始条件。该分析无特别需要的分析参数设置。
4.1.1 直流工作点分析对话框
直流工作点分析没有特别需要设置的参数，但是作为常规指令，几乎所有的分析类型都有与其相同的分页菜单。直流工作点分析对话框有3个分页菜单Output、 Analysis Options和Summary，默认Output分页。 Output分页：确定如何处理输出变量，是任何分析都必须进行设置的选项。 Analysis Options分页：确定分析选项，但通常情况下不需要任何干预，采用默认设置就可以顺利进行分析。 Summary分页，提供对用户所作分析设置的快速浏览，不需用户再做任何设置，但可以利用此页查阅分析设置信息。
概述
Multisim提供了多种分析类型，所有分析都是利用仿真程序产生用户需要的数据。当用户激活一种分析后，分析结果将默认显示在 Grapher上并保存起来，以供后处理器使用。用户需要整体了解Multisim的分析类型和掌握每种类型的具体选项。下述工作，几乎对于任何分析都要进行：设置分析参数（所有参数都有缺省设置）；设置输出变量的处理方式（必须）；设置分析标题（任选）；设置任选项的自定义值（任选）。

Multisim电路系统设计与仿真第四章

可以看到一些元件的参数可能比其他元件的多，这是由元件的模型决定的。有源元件（如运放、三极管、二极管等）比无源元件（如电阻、电感和电容）有更多参数可供扫描。例如，感应系数是电感唯一的参数，而一个二极管模型有将近15到20个参数。
4.6 参数扫描分析（Parameter Sweep Analysis）
左右。
铂电阻模型
图4-3 铂电阻测温电路
图4-4 ห้องสมุดไป่ตู้流分析
4.3 瞬态分析（Transient Analysis）
实例仿真以图4-3的电路为例，设置初始条件为Determine automatically，由程序自动设定初始
值，然后将开始分析的时间设为0、结束分析的时间设为0.1秒(总共分析0.1秒)，最大时间步长和初始时间步长为系统自动设置。另外，在Output页里，指定分析21节点(即测温电路的输入端)；其它设置为默认，最后点击Run按钮进行分析，其结果如图4-5所示。如果把输入改接直流源，对输出节点进行瞬态分析将得到一条直线，读者可自行验证。
图4-12 电阻的高斯分布
4.8 蒙特卡罗分析（Monte Carlo Analysis）
实例仿真以图4-3的电路为例，进行仿真设置后，点击仿真可得图4-13的仿真结果，曲线从上到
下依次表示Nominal Run、Run#2和Run#1，图4-13(b)是仿真的运行记录，由数表可以看到最大值出现的时间，在曲线图中标定X轴坐标到这个时间值，也可以看到电压最大值和图 4-13(b)中的输出值近似。图4-13(b)中还提供了一些其它的参数，如标称值运行下的输出平均值、标准差和sigma值等，为电路分析提供了参考。
图4-7 单频交流分析结果
4.6 参数扫描分析（Parameter Sweep Analysis）

Multisim9电子技术基础仿真实验第四章七_直流扫描分析

（2）在对话框中的Source1区，设置分析参数，包括：设置所要扫描的直流电源、开始扫描的数值、终止扫描的数值、扫描的增量值。如果有第二个电源，需选取Use Source2选项。
（3）打开Output分页菜单，选定需分析的节点。
按Simulate按钮执行仿真。
显示出直流扫描的曲线。
4.7 直流扫描分析
直流扫描分析的作用是计算电路在不ຫໍສະໝຸດ 同直流电源下的直流工作点。利用直流分
析，可快速地根据直流电源的变动范围确
定电路直流工作点。它的作用相当于每变
动一次直流电源的数值，对电路做几次不
同的仿真。
4.7.1 设置直流扫描分析参数
直流扫描分析对话框也有4个分页，默认为Analysis Parameters分页，其余3页与直流工作点分析完全一样。
设置所要扫描的直流电源。设置扫描的起始值。设置扫描的终止值。设置扫描的增量值。如果有第二个电源，需设置其参数。
选择Source表中的过滤内容。
4.7.2 直流扫描分析举例
直流扫描分析的步骤如下：
（1）执行菜单命令Simulate/Analysis/DC Sweep Analysis。
打开DC Sweep Analysis对话框。

无人驾驶模型预测控制第二版（第四章仿真）

⽆⼈驾驶模型预测控制第⼆版（第四章仿真）simulink中的模型（s-function中的程序放在最后，以免影响阅读）仿真时间设置成20，仿真结果图像 { 跟踪轨迹是半径25m的圆形轨迹，圆⼼为（0,35））}仿真时间设置成30时图像中的轨迹在仿真时间20之后不再跟随轨迹，⽬前还没找到原因s-function中的程序代码function [sys,x0,str,ts] = MY_MPCController3(t,x,u,flag)%该函数是写的第3个S函数控制器(MATLAB版本：R2011a)%限定于车辆运动学模型，控制量为速度和前轮偏⾓，使⽤的QP为新版本的QP解法% [sys,x0,str,ts] = MY_MPCController3(t,x,u,flag)%% is an S-function implementing the MPC controller intended for use% with Simulink. The argument md, which is the only user supplied% argument, contains the data structures needed by the controller. The% input to the S-function block is a vector signal consisting of the% measured outputs and the reference values for the controlled% outputs. The output of the S-function block is a vector signal% consisting of the control variables and the estimated state vector,% potentially including estimated disturbance states.switch flag,case0[sys,x0,str,ts] = mdlInitializeSizes; % Initializationcase2sys = mdlUpdates(t,x,u); % Update discrete statescase3sys = mdlOutputs(t,x,u); % Calculate outputscase {1,4,9} % Unused flagssys = [];otherwiseerror(['unhandled flag = ',num2str(flag)]); % Error handlingend% End of dsfunc.%==============================================================% Initialization%============================================================== function [sys,x0,str,ts] = mdlInitializeSizes% Call simsizes for a sizes structure, fill it in, and convert it% to a sizes array.sizes = simsizes;sizes.NumContStates = 0;sizes.NumDiscStates = 3; % this parameter doesn't mattersizes.NumOutputs = 2; %[speed, steering]sizes.NumInputs = 3; % =======sizes.DirFeedthrough = 1; % Matrix D is non-empty.sizes.NumSampleTimes = 1;sys = simsizes(sizes);x0 =[0;0;0];global U; % store current ctrl vector:[vel_m, delta_m]U=[0;0];% Initialize the discrete states.str = []; % Set str to an empty matrix.ts = [0.10]; % sample time: [period, offset]%End of mdlInitializeSizes%============================================================== % Update the discrete states%============================================================== function sys = mdlUpdates(t,x,u)sys = x;%End of mdlUpdate.%============================================================== % Calculate outputs%============================================================== function sys = mdlOutputs(t,x,u)global a b u_piao;global U; %store chi_tilde=[vel-vel_ref; delta - delta_ref]global kesi;ticNx=3;%状态量的个数Nu =2;%控制量的个数Np =60;%预测步长Nc=30;%控制步长Row=10;%松弛因⼦%fprintf('Update start, t=%6.3f\n',t)t_d =u(3)*3.1415926/180;%CarSim输出的Yaw angle为⾓度，⾓度转换为弧度%直线路径% r(1)=5*t; %ref_x-axis% r(2)=5;%ref_y-axis% r(3)=0;%ref_heading_angle% vd1=5;% ref_velocity%vd2=0;% ref_steering% 半径为25m的圆形轨迹, 圆⼼为(0, 35), 速度为5m/sr(1)=25*sin(0.2*t);r(2)=25+10-25*cos(0.2*t);r(3)=0.2*t;vd1=5;vd2=0.104;% %半径为35m的圆形轨迹, 圆⼼为(0, 35), 速度为3m/s% r(1)=25*sin(0.12*t);% r(2)=25+10-25*cos(0.12*t);% r(3)=0.12*t;% vd1=3;% vd2=0.104;% 半径为25m的圆形轨迹, 圆⼼为(0, 35), 速度为10m/s% r(1)=25*sin(0.4*t);% r(2)=25+10-25*cos(0.4*t);% r(3)=0.4*t;% vd1=10;% vd2=0.104;% %半径为25m的圆形轨迹, 圆⼼为(0, 35), 速度为4m/s% r(1)=25*sin(0.16*t);% r(2)=25+10-25*cos(0.16*t);% r(3)=0.16*t;% vd1=4;% vd2=0.104;%t_d = r(3);kesi=zeros(Nx+Nu,1);kesi(1) = u(1)-r(1);%u(1)==X(1),x_offsetkesi(2) = u(2)-r(2);%u(2)==X(2),y_offsetkesi(3) = t_d - r(3); %u(3)==X(3),heading_angle_offset%if (heading_offset < -pi)% heading_offset = heading_offset + 2*pi;%end% if (heading_offset > pi)% heading_offset = heading_offset - 2*pi;%end% kesi(3)=heading_offset;%U(1) = u(4)/3.6 - vd1; % vel, km/h-->m/s%steer_SW = u(5)*pi/180;%^steering_angle = steer_SW/18.0;% U(2) = steering_angle - vd2;kesi(4)=U(1); % vel-vel_refkesi(5)=U(2); % steer_angle - steering_reffprintf('vel-offset=%4.2f, steering-offset, U(2)=%4.2f\n',U(1), U(2)) T=0.1;T_all=30;%临时设定，总的仿真时间，主要功能是防⽌计算期望轨迹越界% Mobile Robot ParametersL = 2.6; % wheelbase of carsim vehicle% Mobile Robot variable%矩阵初始化u_piao=zeros(Nx, Nu);Q=100*eye(Nx*Np,Nx*Np);R=5*eye(Nu*Nc);a=[10 -vd1*sin(t_d)*T;01 vd1*cos(t_d)*T;001;];b=[cos(t_d)*T 0;sin(t_d)*T 0;tan(vd2)*T/L vd1*T/(cos(vd2)^2)];A_cell=cell(2,2);B_cell=cell(2,1);A_cell{1,1}=a;A_cell{1,2}=b;A_cell{2,1}=zeros(Nu,Nx);A_cell{2,2}=eye(Nu);B_cell{1,1}=b;B_cell{2,1}=eye(Nu);A=cell2mat(A_cell);B=cell2mat(B_cell);C=[ 10000;01000;00100];PHI_cell=cell(Np,1);THETA_cell=cell(Np,Nc);for j=1:1:NpPHI_cell{j,1}=C*A^j;for k=1:1:Ncif k<=jTHETA_cell{j,k}=C*A^(j-k)*B;elseTHETA_cell{j,k}=zeros(Nx,Nu);endendendPHI=cell2mat(PHI_cell);%size(PHI)=[Nx*Np Nx+Nu]THETA=cell2mat(THETA_cell);%size(THETA)=[Nx*Np Nu*(Nc+1)]H_cell=cell(2,2);H_cell{1,1}=THETA'*Q*THETA+R;H_cell{1,2}=zeros(Nu*Nc,1);H_cell{2,1}=zeros(1,Nu*Nc);H_cell{2,2}=Row;H=cell2mat(H_cell);%H=(H+H')/2;error=PHI*kesi;f_cell=cell(1,2);f_cell{1,1} = (2*error'*Q*THETA);f_cell{1,2} = 0;f=cell2mat(f_cell);%%以下为约束⽣成区域%不等式约束A_t=zeros(Nc,Nc);%见falcone论⽂ P181for p=1:1:Ncfor q=1:1:Ncif q<=pA_t(p,q)=1;elseA_t(p,q)=0;endendendA_I=kron(A_t,eye(Nu));%对应于falcone论⽂约束处理的矩阵A,求克罗内克积Ut=kron(ones(Nc,1), U);%umin=[-0.2; -0.54];%[min_vel, min_steer]维数与控制变量的个数相同umax=[0.2; 0.332]; %[max_vel, max_steer],%0.436rad = 25degdelta_umin = [-0.05; -0.0082]; % 0.0082rad = 0.47degdelta_umax = [0.05; 0.0082];Umin=kron(ones(Nc,1),umin);Umax=kron(ones(Nc,1),umax);A_cons_cell={A_I zeros(Nu*Nc, 1); -A_I zeros(Nu*Nc, 1)};b_cons_cell={Umax-Ut;-Umin+Ut};A_cons=cell2mat(A_cons_cell);%（求解⽅程）状态量不等式约束增益矩阵，转换为绝对值的取值范围 b_cons=cell2mat(b_cons_cell);%（求解⽅程）状态量不等式约束的取值%状态量约束delta_Umin = kron(ones(Nc,1),delta_umin);delta_Umax = kron(ones(Nc,1),delta_umax);lb = [delta_Umin; 0];%（求解⽅程）状态量下界ub = [delta_Umax; 10];%（求解⽅程）状态量上界%%开始求解过程% options = optimset('Algorithm','active-set');options = optimset('Algorithm','interior-point-convex');warning off all % close the warnings during computation[X, fval,exitflag]=quadprog(H, f, A_cons, b_cons,[], [],lb,ub,[],options);fprintf('quadprog EXITFLAG = %d\n',exitflag);%%计算输出u_piao(1)=X(1);u_piao(2)=X(2);U(1)=kesi(4)+u_piao(1);%⽤于存储上⼀个时刻的控制量U(2)=kesi(5)+u_piao(2);u_real(1) = U(1) + vd1;u_real(2) = U(2) + vd2;sys= [u_real(1); u_real(2)]; % vel, steering, x, y toc% End of mdlOutputs.。

4第四章仿真工具与器件模型

第4章仿真工具及原理概述半导体器件及电路的计算机仿真（Simulation）就是在构造器件工作的电路或系统的基础上，通过计算机软件内部的数学、物理模型、器件原理及电路方程的计算来模拟器件在电路中以及器件内部的真实工作状况，以达到指导生产、节约成本的目的。

由于计算机仿真的高效，高精度，高经济性和高可靠性，因此倍受人们的重视。

近年来，计算机仿真技术作为CAD自动化的一个有力工具，已经广泛应用于功率半导体器件和电力电子电路（或系统）的分析中。

应用仿真技术，可以减小设计费用和设计时间，并改进电力电子电路的可靠性4.1 ITC-IGBT的仿真原理简介器件和电路的计算机仿真技术，要解决两个主要问题：一是如何建立电路的方城（即仿真模型）；二是如何求解电路方程。

由此提出了各种仿真技术，程序或者软件包。

列方程的方法决定了编程的困难程度，对存储器的要求，以及由此决定的仿真计算速度。

一旦确定了列方程的方法，仿真程序数据结构也就基本决定，解方程的方法则是某种数值法，例如牛顿迭代法。

半导体器件的计算机仿真分析是器件研究的一种重要手段。

随着计算机技术的发展、计算方法的不断改良、计算精度和速度的不断提高，为涉及大量方程运算的器件仿真提供了便利条件。

同时，随着器件研究的逐渐深入，器件模型的不断优化以及算法的不断改良，器件仿真可以较为准确的反映器件的性能。

分析器件的仿真结果，可以了解器件的性能，优化器件的结构，节约器件研制的时间和成本。

本研究主要就是采用器件仿真的方法，对不同尺寸和掺杂浓度的新型IGBT 进行仿真分析与比较，最终得到比较优化的结构。

尽管如此，由于实际工艺的某种程度的不确定性和仿真模型的理想化设计，仿真器件与实际器件的工作状态还是有一定差异的，所以对仿真的结果还应进行详细的理论分析。

以下结合本研究内容的具体情况，对相关知识加以介绍。

本研究使用的是当前国际上十分流行的器件特性仿真软件ISE，该软件的功能十分强大，本文涉及其中的三大部分：用二维（自动默认为三维）画图的方法模拟器件的理想结构（MDRAW）；用工艺流程的方法模拟器件的实际结构（DIOS）；用添加物理模型的方法仿真器件的实际物理特性（DESSIS），最后可以通过inspect和tecplot_ise窗口查看其特性曲线或内部载流子、电流、电场等分布情况。

电机与拖动基础及MATALB仿真(陈亚爱周京华编著)习题答案第4章

直流电机原理4.1试说出直流电机定、转子由哪些部件组成以及各部件的作用？（1）定子：定子由主磁极、换向极、电刷装置、机座等组成。

主磁极：主磁极铁心和励磁绕组组成，外套励磁绕组。

主磁极的作用是建立主磁场。

换向极：由铁心和绕组组成，作用是改善电机的换向。

电刷装置：电刷、刷握、刷杆、压紧弹簧等组成，作用是连接转动和静止之间的电路。

机座：固定主磁极等部件，同时也是磁路的一部分。

（2）转子（电枢）：转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴等组成。

电枢铁心：由硅钢片叠压而成，作用是嵌放电枢绕组，同时又是电机主磁路的一部分。

电枢绕组：由绝缘导线绕制成的线圈（元件），元件的两个出线端分别与两个换向片相连。

电枢绕组的作用是产生感应电动势和电磁转矩，是实现机电能量转换的枢纽。

换向器：由许多相互绝缘的换向片组成。

作用是将电枢绕组中的交流电整流成刷间的直流电或将刷间的直流电逆变成电枢绕组中的交流电。

（3）气隙：定子和转子之间的间隙，也是主磁路的一部分。

4.2直流电机换向器和电刷起什么作用？答：对直流电动机来说，换向器和电刷的共同作用：①将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电；②把外面不转的电路与转动的电路连接起来。

对直流发电机来说，换向器和电刷的共同作用：①将线圈中的交流电动势整流成刷间的直流电动势；②把转动的电路与外面不转的电路联接。

4.3在直流发电机中电刷两端的电动势为直流，电枢绕组中的电动势为交流还是直流？为什么？答：电枢绕组中的电势为交流电。

电刷通过换向片与导体连接，一对电刷中的一个电刷总是与N极下的导体连接，另一个电刷总是与S极下的导体连接。

根据电磁感应定律，当电机的转轴朝某一方向旋转时，在N极的导体产生电势与S极下导体产生的电势方向总是相反，也就是绕组中的电势为交流电，但由于静止的电刷通过运动的换相片与导体相连，这样虽然导体中的电势是交流的，但从电刷两端引出的电势为直流的。

4.4在直流电动机中外加的刷间电压已是直流，为什么还需加装电刷和换向片？答：需要将外部答直流电转换成绕组内部需要的交流电，以产生电磁转矩和感生电动势。