电机系统建模与分析大作业
大作业1(机电控制系统时域频域分析)
《机电系统控制基础》大作业一基于MATLAB的机电控制系统响应分析哈尔滨工业大学2013年月日1作业题目1. 用MATLAB 绘制系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。
2. 用MATLAB 求系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。
3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下：X i伺服电机原理图如下：LR(1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1，减速器输出轴上的转动惯量为J 2，减速器减速比为i ，滚珠丝杠的螺距为P ，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ；(2)假定工作台质量m ，给定环节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ，电动机的反电势常数为K d ，电动机的电磁力矩常数为K m ，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其控制系统框图；(3)忽略电感L 时，令参数K a =K c =K d =R=J=1，K m =10，P/i =4π，利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。
2 题目11.syms sf=25/(s^2+4*s+25)*1/s;x=ilaplace(f);t=0:0.001:10;xx=subs(x);%ÔªËØÌæ»»plot(t,xx);xlabel('t') ;ylabel('x0(t)');title('µ¥Î»½×Ô¾ÏìÓ¦ÇúÏß');syms sf=25/(s^2+4*s+25)*1/s^2; x=ilaplace(f);t=0:0.001:5;xx=subs(x);%ÔªËØÌæ»»plot(t,xx);xlabel('t') ;ylabel('x0(t)');title('µ¥Î»Ð±ÆÂÏìÓ¦ÇúÏß');2．计算结果：C =1timetopeak =0.6820percentovershoot =25.3786risetime =0.4459setllingtime =1.6787源代码：num=[0,25];den=[1,4,25];G=tf(num,den);% ¼ÆËã×î´ó·åֵʱ¼äºÍËü¶ÔÓ¦µÄ³¬µ÷Á¿¡£C=dcgain(G)[y,t]=step(G);plot(t,y)grid[Y,k]=max(y);timetopeak=t(k)percentovershoot=100*(Y-C)/C% ¼ÆËãÉÏÉýʱ¼ä¡£n=1;while y(n)<Cn=n+1;endrisetime=t(n)% ¼ÆËãÎÈ̬ÏìӦʱ¼ä¡£i=length(t);while (y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C)i=i-1;endsetllingtime=t(i)3.假定工作台质量m、滚珠丝杠的转动惯量电动机、减速器、滚珠丝杠、折算到电机主轴上的总的转动惯量：(给出操作过程、仿真结果及分析、源代码) 3 题目24 题目3。
(完整word版)电力电子电路建模与分析大作业
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。
非线性大作业—直流电动机调速系统的建模与控制系统的设计
3、PBH秩判据
线性定常系统（1）为完全能控的充分必要条件是，对矩阵A的所有特征值 均成立， （ ）或等价地表示为 ， 也即（SI-A）和B是左互质的。
4、PBH特征向量判据
线性定常系统（1）为完全能控的充分必要条件是A不能有与B的所有列相正交的非零左特征向量。也即对A的任一特征值，使同时满足 ， 的特征向量 。
所谓最优控制，就是根据建立的系统的数学模型，选择一个容许的控制规律，在一定的条件下，使得控制系统在完成所要求的控制任务时，使某一指定的性能指标达到最优值、极小值或极大值。本文利用线性二次型最优调节器(LQR）方法对移动高架吊车进行最优控制。控制目的是使移动高架吊车能在不平衡点达到平衡，并且能够经受一定的外加干扰[8]。
能控性的直观讨论：
从状态空间的角度进行讨论：输入和输出构成系统外部变量,状态为系统内部变量。能控性主要看其状态是否可由输入影响。每一个状态变量的运动都可由输入来影响和控制,由任意的始点到达原点,为能控,反之为不完全能控。具体来说就是指外加控制作用u(t) 对受控系统的状态变量x(t)和输出变量y(t)的支配能力，它回答了u(t)能否使x(t)和y(t)作任意转移的问题。
3.1.2能控性判据
我们利用线性系统的能控性判据来判断其能控性。
设线性定常系统状态方程为：
（1）
1、格拉姆矩阵判据
线性定常系统（1）为完全能控的充分必要条件是，存在时刻，使如下定义的格拉姆（Gram）矩阵 为非奇异。
其中，该判据的证明用到了范数理论中的矩阵范数，在此不再赘述。
2、秩判据
线性定常系统（1）为完全控的充分必要条件是 ，
2 直流电动机调速系统数学模型的建立
电机控制大作业
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。
机电控制系统分析与设计大作业之一--基于matlab的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真
《机电控制系统分析与设计》课程大作业一基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真学院：专业：班级：学号：姓名：1.前言从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。
双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。
采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。
根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用MATLAB做了双闭环直流调速系统仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。
本文还对实际中可能出现的各种干扰信号进行了仿真，另外本文还介绍了实物验证的一些情况。
关键词：MATLAB 直流调速双闭环转速调节器电流调节器一、 应用现状带电流截止负反馈环节、采用PI 调节器的单闭环调速系统，既保证了电动机的安全运行，又具有较好的动、静态性能。
然而仅靠电流截止环节来限制起动和升速时的冲击电流，性能并不令人满意，为充分利用电动机的过载能力来加快起动过程，专门设置一个电流调节器，从而构成电流、转速双闭环调速系统，实现在最大电枢电流约束下的转速过渡过程最快的“最优”控制。
本节介绍双闭环调速系统。
二、 设计参数转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动。
电机参数：额定功率 200W ； 额定电压 48V ； 额定电流 4A ；额定转速 500r/min ；电枢回路总电阻 R=8Ω； 允许电流过载倍数 λ=2； 电势系数C e =0.04V ·min/r ； 电磁时间常数T L =0.008s ； 机电时间常数 T m =0.5；电流反馈滤波时间常数T oi =0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数T on =1ms要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U *nm =U *im =10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ；PWM 功率变换器的的开关频率f=10kHz ； 放大倍数K=4.8； 动态参数设计指标： 稳态无静差；电流超调量i δ≤5%；空载启动到额定转速时的转速超调量δ≤25%； 过渡过程时间t s =0.5s 。
机电系统分析大作业
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。
【全文】机电一体化系统设计题库资料(只有大作业)
可编辑修改精选全文完整版作业一1直线运动导轨的基本形状有（）。
(A)燕尾形(B)圆形(C)矩形(D)三角形[参考答案：ABCD] 分值：52机电一体化的基本要素有机械本体（）等组成。
(A)动力与驱动部分(B)传感测试部分(C)控制及信息处理(D)执行机构[参考答案：ABCD] 分值：53步进电机的特点（）。
(A)输出角与输入脉冲严格成比例(B)存在失步(C)转子惯量小(D)无误差累积[参考答案：ABCD] 分值：54导轨常用的材料有（）。
(A)铸铁(B)钢(C)有色金属(D)塑料[参考答案：ABCD] 分值：55滚珠丝杆的外循环可分为（）。
(A)端盖式(B)插管式(C)浮动式(D)螺旋槽式[参考答案：AB] 分值：56滚珠螺旋传动特点（）(A)运动精度高(B)运动效率高(C)能自锁(D)具有传动的可逆性[参考答案：ABCD] 分值：57微机控制系统的基本功能（）。
(A)与机电部件的接口功能(B)对控制软件运行的支持功能。
(C)实时信息转换与控制功能(D)人机交互功能[参考答案：ABCD] 分值：58机电一体化系统的设计方法（）。
(A)整体设计法(B)取代法(C)组合法(D)变参数设计[参考答案：ABC] 分值：59模拟信号采集通道一般由（）等组成。
(A)传感器(B)A/D(C)调理电路(D)S/H[参考答案：ABCD] 分值：510微处理器的总线有（）。
(A)控制总线(B)数据总线(C)地址总线(D)状态总线[参考答案：ABC] 分值：511多级齿轮副或蜗轮蜗杆等其它传动机构组成传动链的级数和各级传动比的分配原则（）。
(A)输出轴转角误差最小原则(B)等效转动惯量最小原则院(C)转速最快原则(D)质量最小原则[参考答案：ABD] 分值：512伺服系统主要由被控对象、（）组成。
(A)测量与反馈元件(B)调节元件(C)执行元件(D)比较环节[参考答案：ABCD] 分值：513机电控制系统由（）组成。
电机学大作业 绘制同步电机V型曲线
四．心得体会 8 五．参考文献 9
1． 拓展内容
用Matlab计算并绘制同步电机V型曲线。可以采用三维曲面的图形。
2． 详细设计
2.1 设计背景和求作曲线思路
1) 同步电机所处工作电网和工作模型： Pn=50000kW，Un=13800V，电机参数：凸极同步电机 Ra=0， Xd*=1.15，Xq*=0.7，假定空载特性为一直线（既忽略饱和）。
Pem=m
+m
(
) =常数 =常数
P2=mUI 即
+ (
) =I =常数 则由此可以分析励磁电流If变化对电枢电流I的影响。 端电压和电磁功率恒定时的同步发电机向量图：
由向量图可知同步电机并入大电网的无功功率调节依赖于励磁电流的 变化。 当励磁电流I较大时，E01较高，定子电流I1滞后于端电压U，此时电机 输出滞后无功功率，同步发电机处于过励状态；当逐步减小励磁电流
取fi=pi/6（滞后）得I=0.1329，If =1.0837
取fi=0
得I=0.1155，If =1.0064
P2=0.5时， 取fi=-pi/6（超前）得I=0.3323，If =0.8642
取fi=pi/6（滞后）得I=0.3323，If =1.229
取fi=0
得I=0.2887，If=1.0495
X=cos(fi(i,:)); %采用数组的寻访寻访数组fi的第i行的所有元素 I(i,:)=P2(i)./(X*(3^(0.5))); %求I的标幺值（采用数组算法） Y=sin(fi(i,:))+I(i,:)*Xq; Ksai=atan(Y./X); %求内功率因素角 Theta=Ksai-fi(i,:); %求功角 E0(i,:)=cos(Theta)+I(i,:).*sin(Ksai)*Xd; %求E0的标幺值 hold on end plot(E0(1,:),I(1,:),'b-',E0(2,:),I(2,:),'b:',E0(3,:),I(3,:),'r-'); %P2=0 Ksai=fi=pi/2 fi(4,:)=linspace(pi/2,pi/2,100); E0(4,:)=linspace(0.4,2,100); I(4,:)=abs(E0(4,:)-1)./Xd; plot(E0(4,:),I(4,:),'r:') legend('P2=0.2','P2=0.5','P2=0.8','P2=0') grid on %打开所有网格
现代电机CAD技术大作业
课程名称：现代电机CAD技术姓名：专业：学号：指导教师：有限元及ACAD上机实验(电气13级)一、最低软件环境Windows 2000、XPAnsoft MaxwellSV、AutoCADOffice 2000二、题目1、绘制给定的电机二维截面图。
2、完成该电机的电磁场有限元分析。
3、基本假设●假设为单位电机（轴向长度1m，每相绕组匝数1匝）。
●6/4极、8/6极电机，相对两极正向串联，构成一相，形成两极磁场；12/8极电机，相互垂直四极串联，构成一相，形成四极磁场。
励磁安匝只对一相绕组施加。
●冲片材料DR510-50●尺寸单位：mm。
●SRM x-x-0、-7、-145、-18、-225、-30表示定子极中心线与转子槽中心线的夹角，分别为0度、7度、14.5度、18度、22.5度、30度。
●绕组未给尺寸，可以近似绘制三、基本要求1、求给定位置磁化曲线，磁链=f(磁势)，曲线至少由四个数据点组成。
2、提交AutoCAD图。
3、提交所求得到的磁化曲线，一个数据点的磁场分析。
4、所提交电子文档压缩成一个文件，以姓名学号为文件名，上传至FTP。
5、并请写出上机的详细实验报告（格式参见附录），并打印上交。
6、时间期限：第8周前上交。
浙江大学电气学院有限元及CAD制图上机实验报告课程现代电机CAD技术实验名称有限元及ACAD上机实验系别实验日期专业班级组别实验报告日期姓名学号报告退发 ( 订正、重做 )实验名称一.题目1、绘制给定的电机二维截面图。
2、完成该电机的电磁场有限元分析。
3、基本假设●假设为单位电机（轴向长度1m，每相绕组匝数1匝）。
●6/4极、8/6极电机，相对两极正向串联，构成一相，形成两极磁场；12/8极电机，相互垂直四极串联，构成一相，形成四极磁场。
励磁安匝只对一相绕组施加。
●冲片材料DR510-50●尺寸单位：mm。
●SRM x-x-0、-7、-145、-18、-225、-30表示定子极中心线与转子槽中心线的夹角，分别为0度、7度、14.5度、18度、22.5度、30度。
机电系统的建模、分析与仿真NCH4
L K 2 4 m 2A V n A 4 mV
第四章：机电反馈系统数学模型 ——关பைடு நூலகம்力矩控制系统
五、关节力矩控制系统 1. 概念 • 顺从性控制：对具有挠性的机械手同时进 行位置和力或力矩的组合控制。顺从性控 制必须有合适的力敏感技术。 • 两种解决方案：1）将力传感器安装在手腕 或手指上，响应速度较慢；2）关节力矩敏 感装置，在推断手上的力和力矩时存在缺 陷，但通频带宽，快速响应好。
第四章：机电反馈系统数学模型 ——位置随动系统
三、位置随动系统 1. 概念 • 位置随动系统：输出轴跟踪给定轴运动的位置控 制系统。具有位置指令和位置反馈测量装置。 • 常用的位置指令和位置反馈测量装置有点位计、 自整角机及旋转变压器等。 • 电位计结构比较简单，但电刷易于磨损，接触噪 声和可靠性等问题比较严重。 • 自整角机和旋转变压器工作原理相似，前者测角 精度为10~30′，后者测角精度可达20″。
2. 自整角机随动系统 • 两只自整角机分别作为发送机和接收机， 发送机用于发送位置指令θ1，接收机通过减 速器与电机转子连接作位置检测。 • 使用校正装置和PWM功放以保证系统稳定 性和动态品质。
第四章：机电反馈系统数学模型 ——位置随动系统
第四章：机电反馈系统数学模型 ——位置随动系统
2. 自整角机 • 发送机的转子绕组激励电压e1=Emsint产生交变 磁场； • 发送机定子感应出交变电压es1=Kce1cosθ1， es2= Kce1cos(θ1+120)，es3= Kce1cos(θ1+240)； • 接收机定子绕组中生成与发送机中方向相同的交 变磁场； • 若接收机转子相对定子有转角θ2，则在转子绕组 有感应电压 e2=vmsin(θ1θ2)sin(tφ)≈vm(θ1θ2)sin(tφ)
毕业设计_《机电控制系统分析与设计》课程大作业—基于matlab的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真
《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。
机电系统建模与仿真作业
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。
电机学大作业-绘制同步电机V型曲线
电机学大作业-绘制同步电机V 型曲线————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：电机学拓展练习——利用Matlab计算并绘制同步电机V型曲线学校：北京交通大学学院：电气工程学院学号：xxxxxxxx姓名：xxxxxxx指导老师：xxxxxxxxxx目录一．拓展内容 (3)二．详细设计 (3)2.1 设计背景和求作曲线思路 (3)2.2编写Matlab程序作V形图 (6)三．关于V形曲线的讨论 (8)四．心得体会 (8)五．参考文献 (9)一．拓展内容用Matlab计算并绘制同步电机V型曲线。
可以采用三维曲面的图形。
二．详细设计2.1 设计背景和求作曲线思路1)同步电机所处工作电网和工作模型：P n=50000kW，U n=13800V，电机参数：凸极同步电机R a=0，X d*=1.15，X q*=0.7，假定空载特性为一直线（既忽略饱和）。
2)了解V形曲线的定义：当同步电机并入大电网后，由于输出端电压为大电网的电压。
所以当发电机带感性负载时，电枢反应具有去磁作用，这时为了维持输出端电压恒定，就必须增大励磁电流，以补偿电枢反应的影响。
现在以凸极电机（为了和设计背景一样）展开讨论：假设不计饱和影响，电机电磁功率P em和输出功率P2均为恒定，端电压U 保持不变。
则有：P em=m E0Ux d sinθ+m U22(1X q−1X d)sin2θ=常数P2=mUI cosφ=常数即E0x d sinθ+U2(1X q−1X d)sin2θ=I cosφ=常数则由此可以分析励磁电流I f变化对电枢电流I的影响。
端电压和电磁功率恒定时的同步发电机向量图：由向量图可知同步电机并入大电网的无功功率调节依赖于励磁电流的变化。
当励磁电流I较大时，E01较高，定子电流I1滞后于端电压U，此时电机输出滞后无功功率，同步发电机处于过励状态；当逐步减小励磁电流I f，E0随之减小，至E02时，I2与U同向，cosφ=1，定子电流最小，这时为正常励磁；在减小If，定子电流I又开始增大，并超前电压U，如图E03和I3所示，发电机开始向电网输出超前的无功功率，这时发电机处于欠励状态，继续增大If,定子电流更大，当E0=E04时，θ=90，发电机达到稳定运行极限。
机电系统的建模、分析与仿真NCH2
第二章：受控机械动力学 ——机械传动机构
• 从动轴上的转动惯量J等效到主动轴上时， Je=n2J，n为由主动轴到从动轴的传动比。 • 类似地，对于从动轴上的刚度K、阻尼B， 等效到主动轴上时， Ke=n2K， Be=n2B。 • 从动轴上的力矩M等效到主动轴上为nM。 • 从动轴上的转角θ折算到主动轴上为θ/n。 • 主动轴向从动轴的转换也成立。
e1 l11 ⇒ {e} = e2 = l21 e l 3 31 l12 l22 l32
T
刚体上的点
⇒ rx′ ry′
r = rxe1 + rye2 + rz e3 = rx′i1 + ry′i2 + rz′i3
rz′ = L rx Nhomakorabea第二章：受控机械动力学 ——机械与电路系统的相似性
四、机械与电路系统的相似性 1. 基本电路元件及力-电压相似性
dq e = Ri = R dt
di d2q e=L =L 2 dt dt
q 1 t e = = ∫ idt C C 0
第二章：受控机械动力学 ——机械与电路系统的相似性
• 举例：传动机构的力电压相似性 && & & && & & Jmθ1 = Mi − B(θ1 −θ2 ) − K (θ1 −θ2 ) , J0θ2 = B(θ1 −θ2 ) + K (θ1 −θ2 ) & & Mi ( t ) → e ( t ) , θ1 ( t ) → i1 ( t ) , θ2 ( t ) → i2 ( t )
第二章：受控机械动力学 ——机械传动机构
系统建模作业
桨距角的大小和叶尖速比都是影响 Cp的重要 因素。不同的桨距角对应的最大Cp 不同 ,桨 距角越小,Cp的峰值越大。 控制λ和 ; 就可 以控制风力机捕获的风能, 这就构成了风 力机功率控制的基础。
0.5 0.45 0.4 0.35 0° 1° 3° 5° 7° 9° 11°
风力机输出的机械功率通过转轴后的输出 功率可近似用一阶差分方程来描述 : pw 1 sTw1 Kw pww 1 sTW 2 这里忽略了叶片离心力、重力、变化的空气 动力等因素的影响。 四． 风力机运行特性 风力机理想的有功输出—风速的运行特性
三． 风力机传动部分模型 风力发电机组的传动部分主要包括轮毂、 风 力机叶片、转子转轴和齿轮箱(若采用低速 多极同步发电机则不需要齿轮箱) 。 其中轮 毂及叶片约占整个传动部分总质量的90% , 发电机转子占6%～8% ,其余部分占2%～4%。 同时 , 发电机的扭转刚度是最大的 , 大约是 转轴的100倍,轮毂及叶片的50倍。 传动部分 模型最少可以用双质量块模型来实现 , 其 中齿轮箱部分通常包含在发电机质量块中。 这里为了完整起见,考虑了齿轮箱的作用。
风能利用系数
0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
0
2
4
6 叶尖速比
8
10
12
图3.Cp 特性曲线
曲线如图所示,共包括四种运行状态: (1)v < vcut_in ,风力机停止运行； (2)vcut_in < v < vn ,风力机以部分负荷运行； (3)vn < v < vcut_out ,风力机以全负荷运行； (4)v > vcut_out ,风力机停止运行。 其中 : υ cut_in 为风力机切入速度 (m/s) , 一 般在 3 ～ 5m/s 之间；υ n 为风力机额定风速, 一般在 15m/s 左右；υcut_out 为风力机切出速 度(m/s) ,一般在25m/s左右。当风速超过切 出风速时, 为了保护机组的安全, 必须使叶 片停止转动, 待到风速降低到切出风速以下 时才可以重新切入。
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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。
当电枢电流在上下限之间时，该变量保持原值不变。
PWM_I:=IF(F12>Z$3,0,IF(F12<Z$2,1,C11))（F 列：电枢电流、Z$3电枢电流上限值，Z$2：电枢电流下限值，C 列：PWM_I 的数组所在列）转速PWM 滞环控制①根据t 的数值，来决定是低转速控制还是高转速控制。
=IF(OR(A4<0.2,A4>0.4),80,120)（A 列为时间t ，OR 函数为或者逻辑函数，当t 大于0.4或者小于0.2的时候，为低转速控制，控制转速为80；当t 大于等于0.2或者t 小于等于0.4的时候，为高速控制，控制转速为120）②定义一个滞环宽度delta_w=2③利用if 函数来实现转速的滞环控制，当转速大于当时时间所对应的转速上限值的时候，PWM_w 为0，当转速小于当时时间所对应的转速下限值的时候，PWM_w 置为0。
具体为PWM_w=IF(G9>B9+Z$4,0,IF(G9<B9-Z$4,1,D8))（G 列为转速列，B 列为高低速控制转速，Z$4为滞环宽度，当转速大于上限值的时候，PWM_w 置位0，否则小于下限值的时候PWM_w 置为1，在中间的时候保持原来的值不变）最终将电枢电流滞环和转速滞环做一个与的逻辑运算，就是把PWM_iq 和PWM_w 相乘，得到一个PWM 数列，这就是利用滞环开关控制PWM 波的形成过程仿真。
3. 电枢电压的确定判断PWM 值，当PWM 值为1的时候，表明电枢电流和转速都未达到上限值，所以将滞环开关关闭，Uq 的值为Udc ；如果PWM 值为0，表明电枢电流和转速至少已经有一个达到了上限值，所以将滞环开关打开，Uq 的值为0。
4. 电枢电流为零或者负值的处理方法在滞环控制中，转速从120r/min 下降到80r/min 时，由于电机转子自身的惯量，即转速惯量J 的影响，即使Uq 等于零，转速下降还是需要一段时间。
而电枢电流在没有任何其他附加影响的情况下是可以掉到负值的。
实际上，由于续流二极管的存在，当电流反向时，反向电流并不存在，可认为电路没有处于导通状态，则此时电机里存在的电压就是电机的旋转电势，所以电枢电流不能为负，在求电流的时候，需要通过一个if 语句来实现对iq 负值的控制。
具体为：=IF(F2+W2*Z$1>0.005,F2+W2*Z$1,0)。
其中F2+W2*Z$1是龙格库塔法的最后一步，算出来的就是此时的电流。
当电流大于0.005的时候，电枢电流就是自身的电流，当电流小于0.005的时候，实际上电流处于0-0.005之间的是不存在的，所以如果不加以限制，此时的电流就是负值，电流可以直接设置为0。
5. Rungle-Kutta 法的基本算式第一步：q q q f q L i R w U K --=ψ1 J B i H q f ωψ-=1 2)(11hK i i a q += 2)(11hH i w b += 第二步：q q f q L a R b U K 112--=ψ J Bb a H f 111-=ψ 2)(22hK i i a q += 2)(22hH i w b += 第三步q q f q L a R b U K 223--=ψ J Bb a H f 223-=ψ 33)(hK i i a q += 33)(hH i w b +=第四步 q q f q L a R b U K 334--=ψJ Bb a H f 334-=ψ6224321K K K K K +++= 6224321H H H H H +++= hK i i i i q q +=+)()1(hH i i +=+)()1(ωω四、仿真程序A 列：时间数组t ，从0到0.6s ，以0.0001s 为一步长B 列：=IF(OR(A7<0.2,A7>0.4),80,120)高低速转速控制数组，从0-0.2s 以及0.4s-0.6s 为80r/min ，从0.2s-0.4s 均为120r/min 。
C 列：=IF(F5>Z$3,0,IF(F5<Z$2,1,C4))电枢电流滞环开关PWM-I ，当电枢电流大于上限值时，PWM-I=0；当电枢电流小于下限值的时候，PWM-I=1；当电枢电流在下限值与上限值之间时，保持原来的PWM-I 不变，PWM-I （i+1）=PWM-I （i ）。
D 列：=IF(G5>B5+Z$4,0,IF(G5<B5-Z$4,1,D4))转速滞环开关PWM-w ，当转速大于上限值时，PMW-w=0；当转速小于下限值时，PMW-w=1；当转速位于下限值和上限值之间的时候，保持原来的PWM-w 不变，PWM-w(i+1)=PWM(i)。
E 列：=C5*D5总滞环开关PWM ，是电枢电流滞环开关PWM-I 和转速滞环开关PWM-w 的与逻辑结果，PWM 为1时，滞环开关闭合，电机两端电压为Udc=200V ；当PWM 为0时，滞环开关断开，电机两端电压为0V 。
F 列：=IF(F4+W4*Z$1>0.005,F4+W4*Z$1,0)电枢电流列，F4+W4*Z$1是龙格库塔法最后一步，当电流为正时，取原电流值；当电流小于0.005时，电流为0。
G 列：=G4+X4*Z$1转速列，这个公式也是龙格库塔法的最后一步。
由于转速不会突然变化，所以可以不要设置IF 语句。
H列：=IF(E5>0,Z$5,IF(F5>0.005,0,Z$7*G5))电机两端电压列，E为PWM列，当PWM>0，即PWM=1的时候，取Z$5里面的值，即Udc的值，若PWM为零，分为两种情况，当电流为正的时候，电机两端电压为零；当电流为负的是偶，电机两端电压为旋转电压，等于转速（G）与磁链（Z$7）的相乘结果。
I列——Z列：均为龙格库塔法。
I列：K1=(H5-Z$7*G5-Z$8*F5)/Z$6J列：H1=(Z$7*F5-Z$10*G5)/Z$9K列：a1=F5+Z$1*I5/2L列：b1=G5+Z$1*J5/2M列：K2=(H5-Z$7*L5-Z$8*K5)/Z$6N列：H2=(Z$7*K5-Z$10*L5)/Z$9O列：a2=F5+Z$1*M5/2P列：b2=F5+Z$1*N5/2Q列：K3=(H5-Z$7*P5-Z$8*O5)/Z$6R列：H3=(Z$7*O5-Z$10*P5)/Z$9S列：a3=F5+Z$1*Q5T列：b3=G5+Z$1*R5U列：K4=(H5-Z$7*T5-Z$8*S5)/Z$6V列：H4=(Z$7*S5-Z$10*T5)/Z$9W列：K=(I5+2*M5+2*Q5+U5)/6X列：H=(J5+2*N5+2*R5+V5)/6五、仿真结果及其分析1.仿真结果：2.实验结果分析（1）电机启动电机开始时，PWM为1，Udc加在了电机两端，所以电流和转速都开始上升；当电流达到15A的时候，电流滞环控制置为0，电流开始下降，在14到15之间浮动，电压开始从直流变成了PWM波形式，而转速在电机两端电压的带动下任然继续增加，增速减小。
当到达了82时，转速滞环置为0，电机两端电压为零，但是转速由于惯性的原因仍然在继续向上。
当转速开始下降之后，电流达到了零点，则直流电机的电势由旋转电势来承担。
等到转速下降到78以下时，转速滞环控制置为1，Udc重新加在电机两端，电流开始上升，转速由于惯性还在下滑，不过下滑的速度在减小，然后重复之前的过程。
（2）0.2s变速过程0.2s之前，电机还在延续前一个循环过程。
0.2s时刻，电机由低控制转速状态到高控制转速状态，由于从80到120需要一段过程，所以电流在14-15时间端内上下浮动，为了将转速尽快提升上去。
转速从0.2s开始直线上升，转速滞环控制在这一时间段内始终为1，所以电压的PWM控制就收到了电流滞环控制的影响，形成了PWM波。
（3）0.4s变速过程0.4s之前，电流在120周围浮动，电流也在0-15的来回变化中。
0.4s的时候，电机由高控制转速变为低控制转速，转速滞环控制置为0，电压变为0，0.4s时，电流本应该还在上升阶段，由于电压的消失，电流并未达到峰值就开始下降到零，出现了旋转电势，转速持续下降。
3.探究影响因素（1）步长的影响原始实验当中，实验步长用的是0.0001s为步长，将步长缩短为原来的十分之一之后，得到的波形如下图所示相比较而言，当步长减小之后，算出来的转速波形更加稳定，这是因为步长的大小虽然对于整个仿真模型没有太大影响，但是对于龙格库塔法的计算方法的影响却是很大的。
四阶龙格库塔法是一种高度数据近似，所以当步长越小的情况下，算出来的越精确。
（由于步长太小，电流太密集，不太好观察，所以在这里不予显示）（2）电感的影响这个图为电感减小为原来的十分之一之后的转速波形图，显而易见，当电枢电感的值下降之后，对于转速的控制起到了促进的作用，（3）电枢电阻的影响将电枢电阻调节为原来的十倍之后，转速的控制相对来讲影响并不是很大，，所以由此可以得出结论，电枢电阻与转速控制的基本没有联系。