基于直流电动机电流闭环控制的风力机特性模拟

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电流转速双闭环直流调速系统建模与仿真

摘要电流电动机双闭环调速系统在工程中应用广泛，为了使系统具有良好的动态性能必须对系统进行设计。

目前广泛应用的是基于一些标准形式进行设计的系统，其优点是简单方便。

计算机仿真可以不运行实际系统，只要在计算机上建立数字仿真模型，模仿被仿真对象的运行状态及其随时间变化的过程。

通过对数字仿真模型的运行过程的观察和设计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特征，以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。

本文介绍的是用一台1.1KW的电流电动机构成的电流双闭环调速系统。

在理论的基础上设计了电流双闭环调速系统，并利用MATLAB中的SIMULINK工具箱，对电流调速系统进行仿真分析及参数调试。

主要是从主电路设计、控制电路设计、数学模型的建立、系统的计算机仿真及调试等几个方面来进行设计和分析。

关键词：电流调速双闭环系统电流调节器转速调节器 SIMULINKAbstractCurrent motor double closed loop speed regulation system is widely used in engineering. System design must be executed in order to make the system has a good dynamic performance. It is used widely is based on some standard forms of the system design, its advantage is easy and convenient. Computer simulation can not run real system, as long as the actual system is built on computer digital simulation model by simulation object, imitate the running status and changes with time process. Through the process of digital simulation model of observation and design, get simulation system simulation output parameters and basic characteristics, in order to estimate and inferred the real actual system parameters and the real performance. This paper designs current double closed loop speed regulation system composed with a 1.1 KW current motor. Based on the theory of design in the current double closed loop speed regulation system, simulation analysis and parameter system commissioning are completed using MATLAB toolbox for current speed simulink, which mainly concluding the main circuit design, control circuit design, establishing mathematics model, the system of computer simulation and debugging and so on .Keywords: Speed control of DC-drivers Double-closed-loop system Current regulator Speed regulator SIMULINK toolbox- 1 -目录摘要 (1)目录 (2)第一章引言 (1)第二章调速方案的选择 (3)2.0设计任务与分析 (3)2.1调速系统总体设计 (3)2.1.1理想的起动波形 (4)2.1主电路的方案选择 (5)2.1.1可控整流器的选择 (5)2.1.2可逆线路的选择 (5)2.2控制电路的方案选择 (6)2.3仿真工具的选择 (6)第三章主电路的设计 (8)3.1设定数据 (8)3.2电源的选择 (8)3.3整流电路的选择 (9)3.3.2整流元件的选择 (10)3.3.3励磁电路元件的选择 (10)3.4保护电路的设计 (10)3.4.1交流侧过电压保护 (10)3.4.2电流侧过电压保护 (12)3.4.3晶闸管两端的过电压保护 (13)3.4.4过电流保护 (14)3.5触发电路的选择 (14)第四章控制电路的设计 (16)4.1双闭环系统的总体设计 (16)4.2电流电动机的数学模型 (16)4.3电流环的设计 (18)4.3.1电流调节器的工作原理 (18)4.3.2电流环结构图的简化 (19)4.3.3参数的确定 (20)4.3.4电流调节器结构的选择及参数计算 (20)4.4转速环的设计 (22)4.4.1转速调节器的工作原理 (22)4.4.2电流环的等效闭环传递函数 (22)4.4.3参数的确定 (23)4.4.4转速调节器结构的选择及参数计算 (24)第五章系统的仿真分析 (27)5.1MATLAB仿真软件介绍 (27)5.1.1 Matlab 软件 (27)5.1.2 Simulink 仿真环境 (28)5.2数学模型的建立 (28)25.3系统的动态分析 (29)5.3.1 仿真波形分析 (31)5.4结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)3第一章引言现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置。

风力发电系统中的风力机模拟

［１］ＺｈｅｎｙｕＦａｎ，Ｅｎｓｌｉｎ，ＪＨＲ．Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ，ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄＩｓ－ｓｕｅｓｒｅｌａｔｉｎｇｔｏｔｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＷｉｎｄＰｏｗｅｒｉｎＣｈｉｎａ［Ａ］．２００６ＩＥＥＥＰＥＳＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｐｏｓｉ－ｔｉｏｎ［Ｃ］．２００６，７４８－７５４．
图３示出采用电力回馈加载控制器闭环控制的
系统框图。由于在实际系统中风力机和电机之间有
变速齿轮箱，因此用于计算转矩控制指令的转速
ωｗ＝ω／Ｎ，其中Ｎ为齿轮箱的变速比。风力机特性的直流电机模拟系统由硬件和软件
两部分组成。其中硬件平台主要由工控机、控制柜、
４风力机特性模拟实验
特性模拟实验按风速恒定、叶尖速比变化以及模拟自然风（最大风能追踪）两种方式来进行。图４示出实验波形。可见，实测数据与理论曲线的拟合程度较好，基本达到控制要求。在直流电机低速时，实测数据与理论值有较大差距，但不影响模拟效果，其原因是在直流电机启动后才真正进行风力机模拟。
得：ｃ１＝０．５１７６，ｃ２＝１１６，ｃ３＝０．４，ｃ４＝５，ｃ５＝２１，ｃ６＝０．００６８。
３风力机特性的直流电机模拟系统
风力机是将风能转化为发电机输入机械动能的
能量转换装置，风力机特性的直流电机模拟系统模
拟的是直流电机的转矩控制。根据程序给定的风速
和检测到的电机转速，通过风力机的数学模型计算
求得。首先，选定图１曲线上具有代表性的６个点，
如曲线的最大值点、最小值点以及曲线的拐点等，然
后将这些特征点（λｉ，Ｃｐ）分别代入式（４），求解方程组得到６个系数。上述方法可模拟不同型号风力机

基于DTC-SVPWM控制风力机特性的研究

基于DTC-SVPWM控制风力机特性的研究发表时间：2016-04-20T11:41:10.160Z 来源：《电力设备》2015年第10期供稿作者：吴文博张玉平王飞马立春[导读] 内蒙古电力（集团）有限责任公司阿拉善电业局在稳定性、动态响应、鲁棒性和实时性方面都有了较为明显的改善。

（内蒙古电力（集团）有限责任公司阿拉善电业局内蒙古阿拉善盟 750300）摘要：在传统直接转矩（DTC）基础上，采用SVPWM控制技术，并将其应用于风电模拟系统电机控制中，试验结果表明，和传统DTC相比，DTC-SVPWM更能减小低速运行时极易出现的转矩和磁链脉动，在稳定性、动态响应、鲁棒性和实时性方面都有了较为明显的改善。

关键词：风力机模拟；异步电动机；直接转矩控制（DTC）；电压空间矢量（SVPWM）1引言地球资源枯竭，风能是地球上储存较丰富的新能源，如何高效利用风能，人们一直在研究。

由于风电现场地处偏远、条件恶劣等一系列的问题，实际研究中需依靠风电试验平台。

这样不仅克服了现实中的困难，同时也加快了风电的研究[1-2]。

风电模拟平台中，目前较多采用异步电动机作为原动机，依靠异步电动机自身特性的变化进行模拟。

本文采用变频调速的异步电动机作原动机，与永磁同步发电机相连，构成一套小型风电模拟系统[2]。

从现有成熟的风电模拟平台运行概况可以看出，直接转矩控制（DTC）以其优异的表现而得到广泛的应用。

直接转矩控制的实质是将磁链数据与转矩模型所确定观测值和参考值之间的差值，经过滞环调节单元，对参考值进行跟踪，对跟踪差值进行矢量分析、计算，并根据结果提供电子开关器件的触发脉冲，最终实现对电机控制。

直接转矩控制无需在不同坐标系下的复杂运算以及电流调节单元，因此其结构简单，此外，由于具有良好的动态性能优良，在电机变频调速领域具有很好的应用。

为了克服风电模拟平台中异步电动机转速不均匀特性，本文基于传统直流转矩控制理论，加入电压空间矢量（SVPWM）控制环节，因此大幅提升了风力电机的转速稳定性和匀速特性。

直流电动机双闭环调速系统的动态特性研究与仿真本科毕业设计论文

毕业设计论文直流电动机双闭环调速系统的动态特性研究与仿真摘要直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。

而用MATLAB软件对直流调速系统进行虚拟环境下的仿真研究，不仅使用方便，也大大降低了研究成本。

本文叙述了直流电动机的基本原理和调速原理，介绍了直流电动机开环和双闭环调速系统的组成及静、动态特性，并且根据直流电动机的基本方程建设立了调速系统的数学模型，给出了动态结构框图，用工程设计方法设计了直流电动机双闭环调速系统。

最后，用MATLAB仿真软件搭建了仿真模型，对调速系统进行了仿真研究。

通过对直流电动机双闭环调速系统动态特性的研究与仿真，可以清楚地看到，直流电动机双闭环调速系统具有较好的动态性能，可以在给定调速范围内，实现无静差平滑调速，这为直流电动机调速系统的硬件实验提供了理论依据。

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Simulation Research on Speed Regulation System of DoubleClosed Loop of DC MotorAbstractKey words: Speed control of DC-drivers，Double-closed-loop，Current regulator，Speed regulator，Computer simulation目录1．绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2课题研究的目的和意义 (2)1.3论文的主要内容 (3)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)2.3 开环调速系统及其存在的问题 (9)2.4 单闭环直流调速系统及动态校正 (10)2.5 双闭环直流调速系统 (10)2.5.1 双闭环直流调速系统的组成及其静特性 (10)2.5.2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能 (14)2.5.3 双闭环调速系统的工程设计方法 (15)2.5.4 双闭环调速系统的设计 (22)3．直流电动机双闭环调速系统的仿真与研究 (33)3.1 MATLAB简介 (33)3.2 双闭环调速系统的仿真 (35)3.3 仿真结果分析 (43)结论 (44)致谢 (45)参考文献 (46)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。

直流电动机转速电流双闭环控制系统的设计精选(38页)

Harbin Institute of Technology
f直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
—x系统建模
L1电动机的数学槟型 1.2晶闸管整流装置的数学模型 L3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计 2.1双
闭环控制的目的 2-2关于积分调节器的饱和非线性问题 2-3 ASR与ACK的工程设计方法
L2晶闸锌笹流装哲.的数学模型
1.3双闭坏调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1双闭环控制的的
2,2关于积分调节器的_ 械性问题
23 ASR±JACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1起动特性
,
V 四、结论
/
流电动机转速/电流双闭环拧制系统设计
系统建模与仿真
在图4-7中给出了控制系统的PI控制规律动态过程, 从中我们可知:
三、仿真实验
3.1起动特性
系统建模与仿真
d
Harbin Institute of Technology
1山:流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
系统建模与仿真
系统中采用三相桥式晶闸管整流装置，基本参数如下，直流电动机：220Vr 13.6A, 1480r7min，Ce=0.l31V/ (r/min)，允许过载倍数 a=15;晶闸管装置：Ks=76t电枢回路总电阻！ /e=6.58Qs 时初常数： 77=0.0l8s，Tm=0.25s；反馈系数：a=0.00337V/ (r/min)， /SM).4V/A:反馈滤波时间常数：7b/=0.005s, 7b«=0(005s P
E = Cen （额定励磁F的感应电动势）（中顿动力学定伴.忽略醐擦
m t额定励磁卜的电磁转斯）

OPC接口技术在DCS数据交换中的应用

技术创新《微计算机信息》(测控自动化)2010年第26卷第11-1期控制系统OPC接口技术在DCS数据交换中的应用Useage of opc interface technology in dcs data exchage(1.中国石油化工股份有限公司;2.北京化工大学)王燕1王健2WANG Yan WANG Jian摘要:DCS系统的使用,提高了装置的控制精度、分散了系统风险、提高了装置的生产能力。

在一些大型石油化工联合企业中,主要炼油化工装置已经基本实现了DCS控制,但由于大多数DCS系统是封闭的,缺乏统一、标准的开放式接口,难以满足企业信息化的发展要求。

因此我们就需要开发相应的接口用于DCS数据的交换,使上层管理系统与底层控制系统之间紧密集成。

本文主要介绍实现DCS数据交换的OPC接口技术,给出了主要的步骤和程序示例,OPC接口技术能够满足大量DCS系统的数据交换要求,我们能在它的基础上开发一些上层应用系统。

关键词:DCS;数据交换;OPC中图分类号:TP273文献标识码:BAbstract:DCS systems are used to improve the control accuracy of device,distribute system risks and enhance the productive capaci-ty of the device.In a large petrochemical corporation,the main refinery device has been controlled by DCS,but most of DCS are closed systems and lack of unified and standard opened interface,so they are difficult to meet the development requirements of in-formatization enterprise.So that we need to develop the appropriate interface for DCS data exchange,in order to make the upper man-agement systems and the underlying control system integrated tightly.The OPC interface technology which implement DCS data exchange are researched in this text.The main steps and code example are given in this text.The OPC interface technology can meet data exchange requirements of the vast majority of DCS.On the basis of it, we can develope some upper applications.Key words:DCS;Date Exchange;OPC文章编号:1008-0570(2010)11-1-0048-021前言随着企业信息化进程的进一步深化,许多企业已经不能满足于DCS控制系统和上层管理系统的分离应用及由于通讯接口不灵活而导致的控制网与管理网之间数据互操作性差的现状,而是需要实现上层管理系统与底层控制系统之间的紧密集成,解决生产和企业管理中出现的问题,提高企业生产效益及信息化水平。

基于直流电机模拟风力机的静态和动态特性

力机的转速一功率曲线，仅为单一风速下的模但
拟；献［］出了直流电机模拟风力机运行在文８给
一
系列最大功率点时的情况，没有模拟非最优而
运行区域的运行特性；献［］点介绍了风速文５重
变化时直流电机的转速响应情况，缺乏对与发但
供受控的等价风能，因而在风力机驱动控制等方面的研究中被广为利用，大大提高了研发的效率和有效性。风力机模拟系统应具有与实际风力机相同的
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ｉｈｓｐａｅ，ｔｅｗｉｄｔｒｎｈａａｔｒｓｉｓａｅａａｙｅｎｔｉｐｒｈｎｕｂｉｅｃｒｃｅｔｃｒｎｌｚｄ，ａｄａｗｉｄｔｂｉｏｅｓｐｏｏｓｄ，ａｉｎｎｕｒｎｅｍｄｌｉｒｐｅｓｍｐｅａｄｆｅｔｖｍｕａｉｎｓｈｅｓｂｈｐｂｓｄｏｏｑｏｔｏ．Ａｎｄｔｒｎｅｅｉｌｎｅｆｃｉｅｅｌｔｏｅｍｅｉｕｉｕａｅｎｔｒｕｅｃｎｒ１ｗｉｕｂｉｍｕｌｔｏｌｔｒｂｅａｉｎｐａｆｍａｓｄｏｏｎＤＳＰａｄＤＣｍｏｏｓｓｔｕｐ，ｔｅｓｐｒｉｏｙｔｍｓｄｓｇｅｎｄｉｐｅｅｔｄｕｉｎｔｒｉｅｈｕｅｖｓｒｓｓｅｉｅｉｎｄａｍｌｍｎｅｓｎｇＬＡＢＷＩＮＤＯＷＳ．ＴｈｅｅＨｍ —
ＬＷｅ— ｉ／ｉｗｅ，ＸＵｉ — ｏ，ＺＨＡＮＧｅｇａｎＤａｎｇｕＸｕ — ｕｇ

风力机的直流电动机模拟系统研究

第13卷第3期2013年1月1671—1815（2013）03-0757-05科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol.13No.3Jan．2013 2013Sci.Tech.Engrg.计算机技术风力机的直流电动机模拟系统研究张云龙刘彦超（包头轻工职业技术学院，包头014030）摘要介绍一种风力机模拟系统。

用一个13次多项式拟合风力机的“C T -λ”曲线，并由此建立风轮的数学模型。

通过对直流机电枢电流的闭环调节来实现风力机特性的模拟。

对于由电源电压波动引起的环外励磁扰动，采用调节给定电枢电流来补偿直流机输出转矩的波动。

对于由电源电压波动引起的环内扰动，采用电压前馈补偿。

仿真结果验证所提方案的正确性和有效性。

关键词风力机直流电动机模拟特性风力发电中图法分类号TP273；文献标志码A2012年7月6日收到第一作者简介：张云龙（1965—），男，工学硕士，副教授，研究方向：机电控制与智能装置。

风能取之不尽、用之不竭、无污染，对于全球能源和环境危机的解决发挥着巨大作用。

风力发电现今已经成为各国学者研究的热点。

进行风力发电系统的研究，最好的方法是将发电机与风力机直接连在一起，现场做实验，但这势必造成研究经费高、研究周期长。

因此，需要构造一种模拟风力机的实验平台，以方便实验室条件下风电系统的研究。

与真实的现场风机试验相比，风机模拟器不受气象条件的限制，便于在短时间内对各种气象条件下的风机运行特性进行全面的分析研究。

1风力机的机械特性风力机的输出机械转矩可表示为T =12ρπR 3C T v 2（1）式（1）中，ρ为空气密度，单位kg /m 3；R 为风轮半径，单位m ；C T 为风轮转矩系数；v 为风速，单位m /s ；T 的单位为N ·m 。

如图1所示，C T 是关于λ的函数。

λ称为叶尖速比，可以表示为λ=ωt Rv（2）图1转矩系数与叶尖速比的关系式（2）中，ωt 是叶片旋转的角速度，单位是rad /s 。

风力机机械特性模拟方法分析研究

风力机机械特性模拟方法分析研究李旭;孟岩峰;胡书举;许洪华【摘要】风力机模拟系统对于风电新技术、新理论的验证与进步有重要作用.能否准确模拟风力机机械特性的稳态性能与动态性能,是风力机模拟系统的关键.文章对风力机模拟系统以及模拟对象进行了建模与分析研究.根据相似原理,提出采用转矩控制方法以及转速控制方法进行风力机模拟,并分别进行了仿真研究分析.仿真结果表明转矩控制及转速控制均能实现风力机机械特性的动态模拟,转矩控制拥有更好的响应速度,转速控制拥有更好的稳定性.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)008【总页数】5页(P1150-1154)【关键词】风力发电;风力机模拟;动态特性【作者】李旭;孟岩峰;胡书举;许洪华【作者单位】中科院电工研究所,北京 100190;中国科学院大学,北京 100190;中科院风能利用重点实验室,北京100190;中科院电工研究所,北京 100190;中国科学院大学,北京 100190;中科院风能利用重点实验室,北京100190;中科院电工研究所,北京 100190;中科院风能利用重点实验室,北京100190;中科院电工研究所,北京100190;中科院风能利用重点实验室,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TK830 引言随着风力发电技术的发展以及风力发电机组装机容量的迅速提升，风电机组的实验室模拟装置的重要性愈加明显。

由于风力发电机组的现场试验周期长，所需经费高，受到天气及环境的影响巨大，因此，在实验室内建立风力发电机组模拟系统，模拟实际风力发电机组的特性，进行相关的实验，对于风力发电技术的研究与发展，具有重要的实际意义。

目前，文献中对于风力发电机组气动特性模拟技术涉及较多[1]～[6]。

对于叶轮空气动力部分的模拟，主要分为贝叶斯理论以及叶素模型两种，绝大部分文献中采用了基于贝叶斯理论的模拟方法。

模拟风力机的原动机文献中有两种，分别为使用他励直流电动机、异步电动机。

风力机风轮输出特性仿真研究

第 1 期
刘晓光 ,等 : 风力机风轮输出特性仿真研究
15
2 风轮输出特性模拟原理
本文风机模拟器的控制策略主要采用直接转矩控制 ,
模拟思路如图 2 所示。根据风速、电机的反馈转速以及
给定浆距角模拟出风力机理论上的输出转矩作为给定
输入转矩 ,转矩调节器使转矩波动限制在一定的容差之
内。同时 ,经过转矩滞环比较后的信号与磁链调节信号
内。这里要注意的是 ,磁链实际值与给定值之差越小 ,定子磁链的运行轨迹越接近于圆形 ,因此要严格限制
容差宽度 ,保证磁链幅值的波动尽量要小。但是也不能过小 ,否则会造成逆变器的开关频率过大 ,转矩波动
会比较频繁从而使系统的开关损耗过大。
表 1 转矩调节输出状态
表 2 磁链区域判断
调节器输入
转矩状态调节器输出
磁链分量
磁链区域判断
区间
需要增大
0 ≤Tg - Tf < Th 且 d u/ dt ≥0
正在增大
0
需要减小
- Th < Tg - Tf ≤0 且 d u/ dt ≤0 正在减小
0
需要增大
0 < Tg - Tf ≤Th 且 d u/ dt < 0
正在减小
1
Tg - Tf ≥Th
超出容差
磁链控制。磁链幅值调节采用的是滞环调节 ,实际上是一个施密特触发器 ,保证了磁链幅值恒定。容差宽度
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第2 02 40卷9
第1 年3期月青岛大学报 (工程技术版)JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY ( E &T)

三种风力发电机组的建模与仿真

Keywords : Wind power ; Asynchrono us machine ; Modeling ; Variable speed wind t urbines ; Simulatio n
近年来风能的开发利用已得到世界各国的高度重视 ,技术和设备的发展很快 ,风力发电机组由最初的恒速恒频型发展到变速恒频型 ,发电效率有了显著提高。恒速恒频型发电机组以异步发电机为代表 ,目前我国的风电场多采用此种发电机[1] ,其主要优点是结构简单、成本低、过载能力强以及运行可靠性高 ,但是发电机的功率因数较低 ,因此一般要在输出端安装可投切的并联电容器组提供无功补偿。
由于恒速恒频型发电机组的异步机是国内当前各风电场的主流机型 ,而国内近年引入的技术又以变速恒频风力发电机组为主 ,因此本文主要针对上述风力发电机组的模型进行了仿真和研究 ,分别建立了异步感应电机、双馈感应式电机以及永磁同步电机这 3 种主要电机类型的单机无穷大系统风电场仿真模型 ,并分别在各种不同的模拟风速情况下对各个模型进行仿真分析 ,最后将它们在风速扰动情况下的响应特性进行比较。
机组所特有的变频器模型及其控制实现方法进行了具体的阐述。目前风电机组的变频器多采用 PWM 控制的交直交形式 ,且关于模型和控制的研究也多限于考虑变流器逆变部分的控制作用 ,而文献[ 5 ]则完善了整流部分的控制作用 ,描述了功率单向流动的 PWM 控制的电压源交 - 直 - 交变频器和一台小型双馈感应发电机装置 ,阐述了该装置中变频器的控制机理和相应控制结构的设计 ,提出了适合于风力发电系统的变频器和双馈电机简化数学模型和控制策略的设计方案 ;文献 [ 6 ]和 [ 7 ]针对发电机电气部分和风力机桨距角的控制器提出了相应的设计实现和控制策略。其设计主要采用 PI 控制器 ,目前也提出了模糊或自适应控制器 ,而控制策略的分析则根据风速的变化 ,以最大效率利用风能为目的 ,为优

风力机特性的直流电机模拟

风力机特性的直流电机模拟黄海，康勇，柳彬（华中科技大学电气学院，武汉 430074 ）摘要：分析了风力机运行特性，通过仿真及实验验证了采用直流电机的输出特性模拟风力机特性的可行性，给出了一种实现的系统和方法，为在实验室条件下模拟风力机运行提供了一个实用的方法。

关键词：风力机；直流电机；特性；模拟1 引言风能是一种清洁的可再生能源，我国幅员辽阔，海岸线长，风力资源十分丰富，仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位。

风力发电的研究、开发利用，也成为各国学者研究的热点。

要进行风力发电技术的研究，最理想的方法是将发电机与风车直接相连、在现场做实验。

但这样做所需的研究经费比较多、研究时间比较长。

因此有必要在实验室构造风力发电试验平台（能模拟风车特性的驱动系统），从而解决在实验室里进行风力机发电技术研究的问题。

本文在分析实际风力机特性后认为，可以采用经过特性改造和控制的直流电动机来模拟实际风机的输出特性。

通过理论分析和计算机仿真及实验结果验证了控制方案的可行性。

2 风力机特性与风力机最佳运行原理1 台风轮半径为 R 的风力机，在风速下运行时，它所产生的机械功率 Pm ：式中——空气密度——风轮半径——风速——风力机的功率系数风力机的功率系数 Cp 反映了风力机吸收利用风能的效率，是一个与风速、叶轮转速、叶轮半径均有关系的量。

为了便于讨论可以定义出风力机的一个重要参数叶尖速比：式中——风轮旋转的角速度， rad/s——风力机的转速， r/min图 1 关系曲线风能功率系数不是一个常数，它随着叶尖速比的变化而变化，其具体关系如图 1 所示。

实质上，就是风能即将能转化为机械能的效率，它是的函数。

在任何风速下，如果风力机都能在下运行，便可以增加其输出功率，而只要求得风轮的叶尖速比λ是最大的λm ，就可以维持风力机在下运行。

因此，风速变化时，只要调节风轮转速，使之保持不变，就可获得最佳的功率系数，这就是风力机的最佳运行原理，即在不同风速下可得到最大的输出功率。

基于直流电动机的风力机实验模拟系统

基于直流电动机的风力机实验模拟系统风力机是一种通过风力转动发电机，将风能转化为电能的机械装置。

直流电动机是一种负载特性非常适合风力机的电机，因此直流电动机经常被用于风力机的实验模拟系统中。

一般的风能转换系统包括风轮、变速器、发电机和控制系统。

为了更好地模拟出真实的风力机，我们可以将直流电动机与其他元器件组合起来。

下面我将详细介绍这个实验模拟系统的组成和工作原理。

首先，我们需要搭建一个向电动机提供电能的电路。

这个电路由电源、电机、电阻器和电容器组成。

电源提供直流电源，控制电动机旋转的速度；电机作为整个电路的核心部件，实现将电能转化为机械能；电阻器作为调节电路电流的元器件，控制电机的负载；电容器则用来平滑电路中的电流波动。

接着，我们需要添加一个风轮。

风轮由主轴和叶片组成。

主轴的转动带动叶片转动。

在实验中，我们可以通过一个手摇装置，模拟风轮叶片的运动。

摇动摇把就可以模拟出不同的风速和风向。

然后，我们加入一个测速仪器，用来检测电动机的转速。

通过调节电源电压和电阻的大小，我们可以模拟不同风速下的转速。

然而，这个实验模拟系统仍然不够完整。

我们需要添加一个模拟器来模拟变速器。

模拟器可以控制电动机的转速，并模拟在转速变化时机械负载的变化。

通过调节模拟器的参数，我们可以模拟出不同的变速条件下风力机的工作状态。

最后，我们还需要一个数据采集器。

数据采集器可以记录下电机转速、电压和电流等参数，并将数据传输给计算机。

通过对数据的处理和分析，我们可以绘制出风力机在不同条件下的功率曲线和效率曲线，为风力机的设计和优化提供数据支持。

总之，基于直流电动机的风力机实验模拟系统可以实现对风力机的模拟，通过调节不同元器件的参数，可以模拟出不同风速下的风力机工作状态，为风能转换装置的研究和优化提供技术支持。

转速、电流双闭环控制直流调速系统带仿真结果

摘要转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统，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，在电力拖动领域中发挥着及其重要的作用。

本人此次设计的步骤主要是:查阅相关的资料、书籍，确定整个设计的方案和框图。

然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。

接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。

转速和电流调节器的计算和设计给予详细介绍。

每一步设计都会给出相应的原理图，并进行分析。

最后用学过的MATLAB/SIMULINK进行仿真，给出模块搭建及仿真图形的结果。

目录第1章系统总体设计 (1)1.1设计任务 (1)1.2设计要求 (1)1.3设计的基本思路 (1)第2章整体电路分析 (4)2.1电流调节器的设计 (4)2.2转速调节器的设计 (7)第3章硬件电路图及保护电路的设计 (10)3.1系统主电路图绘制 (10)3.2晶闸管的保护与选择 (10)3.3 整流变压器的选择 (13)3.4触发电路的设计 (14)3.5.电动机的励磁回路 (15)第4章MATLAB仿真 (16)结论 (19)参考资料 (20)第1章系统总体设计1.1 设计任务设计一个V-M 转速、电流双闭环直流调速系统，相关数据：电动机参数：N P =40kw 、N U =300v 、N I =148A 、N n =910rpm 、f U =220v 、dm I =296A 、 2GD =1.00kg ⋅2m 、a R =0.08Ω、a L =2.05mH ；其它参数：整流侧内阻n R =0.092Ω、整流变压器漏感T L =7.5mH ，电抗器直流电阻H R =0.15Ω、电抗器电感H L =4.0mH 、负载2GD 折算值=9 kg ⋅2m ；电流、转速滤波时间常数参考教材例题数据。

电动车用他励直流电动机控制系统设计及仿真的毕业设计论文1

届毕业论文（设计）论文（设计）题目电动车用他励直流电动机控制系统设计及仿真子课题题目姓名学号所属院系专业年级指导教师201 年月摘要汽车是现代社会重要交通工具，它在为人类提供便利出行的同时也带来了严重的环境污染和能源耗费问题。

电动车由于其所用能源的清洁性和能源来源的广泛性而越加受到重视。

并且电动车体积小易于穿行在现今拥挤的都市中，为短途的出行带来了极大的方便。

直流电机以其起动转矩大、控制简单、调速性能优越等优点在低速电动车驱动电机市场中占主导地位。

而他励直流电机具有控制灵活、易于弱磁等特点，因而更受市场的青睐。

现如今电动车虽然有了巨大的发展，但是仍存在着控制器系统效率不高，电动车续航里程较短；控制器可靠性较差等问题。

本文在双闭环直流调速系统原理基础上,根据系统的动、静态性能指标采用工程设计方法设计调节器参数,电流和转速调节器都采用PI调节器。

不同的是电流环设计成典型I 型系统，速度环设计成典型II型系统。

运用matlab建立了转速电流双闭环直流调速系统的模型，对系统加入电流和负载扰动进行仿真之后得到系统的电压、电流和转速曲线并对其进行分析。

关键词：他励直流电机；双闭环控制器；Matlab仿真；PI调节AbstractCars are important means of transport in modern society, it provide convenience for human to travel, and also brings serious environmental pollution and energy consumption problems. Electric vehicles because of its clean energy used and generalized energy sources and more attention. And electric vehicles in the small size is easy to travel in the crowded city, brought great convenience for short-distance travel.Dc motor with its large starting torque, the advantages of simple control, speed control performance is superior in low-speed electric vehicle drive motor dominated in the market. And separately excited dc motor has the characteristics of flexible control, easy to weak magnetic, so more popular with the market. Nowadays electric vehicles, although there is a huge development, but there are still efficiency is not high, the control system of electric vehicle range is short; The issue such as difference of controller reliability.In this paper, based on the principle of double closed-loop dc speed regulating system, based on the system dynamic and static performance index with engineering design method to design controller parameters, current and speed regulator of PI regulator. Different is a typical type I system, current loop is designed to speed loop design into typical II type system. Speed was established by applying the matlab, the current model of double closed-loop dc speed regulating system, simulation system on the current and load disturbances after getting the system voltage, current and speed curve and to analyze it.Keywords:Separately excited dc motor;Double closed loop controller;The Matlab simulation;PI regulation.目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究的背景及意义 (1)1.2课题的研究现状与发展动态 (2)1.2.1电动车的研究现状 (2)1.2.2电动车的发展动态 (2)1.3本文研究的主要内容 (3)第二章系统的数学模型 (4)2.1建模对象的基本特征 (4)2.2开环系统和闭环系统的比较 (5)2.3双闭环调速系统数学模型的建立 (7)2.3.1直流双闭环调速的原理 (7)2.3.2直流双闭环调速系统的限幅问题 (8)2.3.3 转速和电流两个调节器的作用 (9)2.3.4系统模型的搭建 (9)第三章控制系统设计 (12)3.1被控实物的基本参数 (12)3.1.1电机和其他装置 (12)3.1.2设计的基本要求 (12)3.1.3各模块参数的计算 (12)3.2电动车他励直流电机驱动电路的设计 (13)3.2.1 系统主电路图 (13)3.3.2 整流变压器的计算 (13)3.2.2晶闸管组件的计算与选择 (14)3.2.3主电路的过电压和过电流保护 (15)3.2.4平波电抗器的参数计算 (16)3.3电流调节器的设计 (16)3.3.1电流调节器结构的选择 (16)3.3.2电流调节器的参数选择 (17)3.3.3电流调节器校验近似条件 (17)3.4转速调节器的设计 (18)3.4.1转速调节器结构的选择 (18)3.4.2转速调解器的参数选择 (19)3.4.3转速调节器校验近似条件 (20)第四章系统仿真及分析 (21)4.1Matlab软件的介绍 (21)4.1.1Matlab简介 (21)4.1.2Simulink的介绍 (22)4.2系统各模块参数设置 (23)4.3系统的仿真结果 (27)4.3.1额定状态下的仿真结果 (27)4.3.2突加电网电压扰动仿真结果 (28)4.3.3突加负载扰动的仿真结果 (30)4.4仿真结果的分析 (31)第五章总结与展望 (32)参考文献 (33)谢辞 (34)第一章绪论1.1 课题研究的背景及意义全世界在研发电动车方面投入了大量的人力物力和财力，虽然取得了一些重要的科研成果，但是全球能源危机的爆发，石油资源越加匮乏的今天。

基于直流电动机的小型风力机仿真建模及实验

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风力机模拟控制策略分析
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直流电动机模拟风力机特性分析
他励直流电动机Biblioteka 稳态数学模型[7]为按照直流电动机控制量划分，风力机模拟分为转矩控制模拟和转速控制模拟 2 种方案。转矩控制模拟是根据模拟风速、反馈转速，求解风力机模型可以得到控制转矩，如图 1a 所示。
Pm Ea I a Tm CT I a E C n （7 ） e a U E I r 2U a a a a C 9.55 C T e 式中：Pm ——电磁功率，W；Tm ——电磁转矩，N·m； n ——电动机转速，r/min； ——电动机角速度，rad/s； Ua——电枢电压，V；Ia ——电枢电流，A；Σ ra——电枢回路总电阻，Ω；Ea——反电势，V；ΔU ——电刷接触压降，V，通常取 ΔU =1 V；CT、Ce ——转矩系数、电动势系数； ——每极励磁磁通，Wb。在忽略铁心损耗、机械损耗及杂耗的情况下，直流电动机的电磁转矩 Tm ，即为电动机输出转矩 T2 。由式 T2 Tm CT I a 知，电枢绕组电流 Ia 与直流电动机的输
(U a Ce n)CT Tm ra ( U C e n)Ce n P a m ra
Fig.1
图 1 直流电动机模拟风力机控制策略图 Control strategy of simulation of wind turbine based on DC motor
第 26 卷第 1 期 2010 年 1月
农业工程学报 Transactions of the CSAE
Vol.26 No.1 Jan. 2010
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基于直流电动机的小型风力机仿真建模及实验