(完整版)直流电动机建模及仿真实验

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电力拖动直流电机仿真实验(实验1)

实验一转速单闭环直流电机调速系统的性能研究一、实验目的1．验证电动机在理想空载状态下转速的调节过程 2．验证电动机在突然加上负载时转速的调节过程 3. 通过实验了解自控原理中关于控制器设计方法的重要性二、实验原理图1所示为本次实验所用的含PI 调节器的直流电机转速单闭环调速系统。

采用教材例2-1给出的直流电机参数确定图中转速传感器、电机、电力电子装置的数学模型。

图1 含PI 调节器的直流电机转速单闭环调速系统建立系统的仿真模型，通过对I dL 的控制来实现空载和负载的变换。

PI 调节器的参数可根据经验调节，也可采用基于BODE 图的工程最佳设计方法设计。

三、实验步骤1. 在Matlab 的Simulink 中构建图示的仿真模型。

系统的仿真图2. 电机空载起动的仿真按图2和图3所示分别设置给定值和负载电流的数值，并将仿真时间设置为1s。

图2 给定值模块图3 负载电流模块点击仿真按钮，记录示波器中显示的转速和电流曲线。

对于转速曲线，从上升时间（第一次达到稳态值的时间）、超调量、调节时间、振荡次数等方面对转速曲线进行分析，说明该控制系统的性能好坏，并写在实验报告上。

3. 仿真分析系统的抗扰动性能双击图中的IdL模块，按照图4设置仿真模块的数值。

仿真时间设置为1.5s。

图4 IdL模块的参数设置点击仿真按钮，记录示波器中显示的转速和电流曲线。

对于转速曲线，从转速降落（转速下降的最大值）、恢复时间、振荡次数等方便对转速曲线进行分析，说明该控制系统的抗扰动能力的好坏，并写在实验报告上。

4.验证基于BODE图的工程最佳设计方法的优越性将下图中的比例环节和积分环节的参数重新设置为初始值1，IdL模块的值重新设置为0。

现增加一个控制要求：要求系统没有超调量。

请自行调节比例环节和积分环节的参数，将你认为性能已调节到最好的系统的输出曲线记录下来，并粘贴在实验报告上。

仿真时间改回为原来的10s。

注意：如果输出曲线很快能接近稳态值，但有迟迟达不到稳态值，这种情况称为爬坡现象，这在自控系统中是不允许的。

装配直流电动机模型实验报告

装配直流电动机模型实验报告实验目的：本实验旨在通过装配直流电动机模型，了解直流电动机的工作原理，掌握直流电动机的结构和特性，以及学习如何控制直流电动机的转速。

实验原理：直流电动机是一种将直流电能转换为机械能的设备。

其主要组成部分包括定子、转子、电刷和电枢等。

当电流通过电枢产生磁场时，电枢会受到电磁力的作用而转动，从而驱动机械装置工作。

实验装置：1. 直流电动机模型。

2. 直流电源。

3. 转速传感器。

4. 电压表。

5. 电流表。

6. 万用表。

7. 示波器。

实验步骤：1. 将直流电动机模型组装好并连接好电源。

2. 通过调节电源的输出电压，观察并记录不同电压下电动机的转速和电流。

3. 使用示波器观察电动机的电压和电流波形。

4. 测量电动机的内阻和空载电流。

5. 通过改变电动机的负载，观察电动机的转速和电流的变化。

实验结果与分析：通过实验观察和数据记录，我们发现随着电压的增加，电动机的转速也随之增加，但同时电流也随之增加。

此外，改变电动机的负载也会对电动机的转速和电流产生影响。

通过示波器观察电压和电流波形，我们可以更直观地了解电动机的工作状态。

结论：通过本次实验，我们对直流电动机的工作原理和特性有了更深入的了解，掌握了直流电动机的基本控制方法。

这对我们今后在工程实践中的电机应用和调试将有很大帮助。

总结：通过装配直流电动机模型实验，我们不仅理论知识得到了巩固，同时也提高了动手能力和实验操作技能。

这对我们的学习和未来的工程实践都具有重要意义。

直流电机的建模与仿真

转速n
电机双闭环调整系统的动态结构图
动态结构图
nc
kp
kd
PWM
u
电机
dn
n
电机系统的建模
一、电动机系统的数学模型
1、列些状态空间空间模型选取参数分别为 L,R i , K R , J, Ki , K n
输入变量为U,状态变量为n、i 系统的状态空间模型为：
di ( Ri i K R n U) / L dt J dn K i K n 2 i n dt
电机系统的仿真
MATLAB仿真的源程序： function dj() dt=0.02/6; x=[0;0]; y=x; t=0; nc=1000; for i=1:2000 t=[t i*dt]; x=x+(dt*fx(x,nc))'; y=[y,x]; end figure plot(t,y,'LineWidth',2);
function [dx]=fx(x,nc) L=1.5; J=0.25; kr=0.4; Ri=0.2; ki=2.2; kn=0.00015; u=220; kp=4; kd=7; i=x(1); n=x(2);
x=[i,n]'; dn=(ki*i-kn*n^2)/J; du=kd*(kp*(nc-n)-dn); di=-(Ri*i+kr*n-du)/L; Uc=du; if(Uc>0) Uc=u; end if(Uc<0) Uc=0; end dx(1)=di; dx(2)=dn;
电机转速的动态仿真曲线
仿真曲线图
电机转速的动态特性总结
通过电机的状空间数学模型以及电机的MATLAB仿真图形，我们可以知道：电机启动时电流迅速增大，达到最大值后又下降，当转速上升到给定的转速时，电流值趋于稳定，不再发生变化，同时电机的转速也达到稳定。

直流电动机的仿真实验

）直流电动的调压调速单项可控直流电源的设计1 电路原理图如下所示：图一2 直流电动机图、图二其中F+，F-：这两个端口是接电机的励磁电源的，分别接正负极A+，A-：电机电枢绕组的连接端TL ：电机负载输入端m ：测量端口，这里输出了电机转速，电枢电流，励磁电流，电磁转矩参数计算：根据m.1.191500*14.3*23000*60260N N P ===T π得出TL 为19.1N.m 19375.1161.19===ΦIT CaNN T124946.0602=Φ=ΦC C TE π76.1760124946.02200==Φ=C U n E aNmin rV E n C N E419.187124946.0*1500==Φ=。

0476.372arcsin2==UEδ 电动机的设置参数如下：图三3 整流部分晶闸管最重要的特性是可控的正向导通特性.当晶闸管的阳极加上正向电压后,还必须在门极与阴极之间加上一个具有一定功率的正向触发电压才能打通, 这一正向触发电压的导通是由触发电路提供的,根据具体情况这个电压可以是交流、直流或脉冲电压。

由于晶闸管被触发导通以后，门极的触发电压即失去控制作用，所以为了减少门极的触发功率，常常用脉冲触发。

触发脉冲的宽度要能维持到晶闸管彻底导通后才能撤掉，晶闸管对触发脉冲的幅值要求是：在门极上施加的触发电压或触发电流应大于产品提出的数据，但也不能太大，以防止损坏其控制极，在有晶闸管串并联的场合，触发脉冲的前沿越陡越有利于晶闸管的同时触发导通。

为了保证晶闸管电路能正常，可靠的工作，触发电路必须满足以下要求：触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并留有一定的裕量。

晶闸管如下图所示：图四晶闸管的参数设定所以根据其提供的资料可取电容0.2μF ，电阻取40Ω。

4触发电路图：晶闸管额定电流It(AV)/A 1000500200100502010电容C/μF 2 1 0.5 0.25 0.2 0.15 0.1 电阻R/Ω2510204080100图五为了保证可靠触发晶闸管触发宽度为整个20度5 平波电抗器图六为保证电流连续所需要的电感量L 可由下式求出：id i m一般取电动机额定电流的5%-10% 此处取6%H L I U 65771.006.0*16220*10*87.2223dim2===-πω6过电流保护电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流现象。

他励直流电动机模型与仿真设计

目录摘要 (1)1 设计任务及要求 (2)1.1 设计任务 (2)1.2 设计要求 (2)2 方案选择 (3)3 电路设计 (4)3.1 基本参数的设计 (4)3.1.1 直流他励电动机的参数设计 (4)3.1.2 反馈回路的参数设计 (8)3.1.3 直流电压源的参数设计 (10)3.1.4 下拉电阻的参数设计 (10)3.1.5 电源内阻的参数设计 (11)3.1.6 多路复用器的参数设计 (12)3.1.7 示波器的参数设计 (12)3.2 直接启动电路及额定运行电路的设计 (13)3.2.1 开关的参数设计 (13)3.2.2 计时器的参数设计 (14)3.2.3 总电路的设计 (15)4 仿真结果 (17)4.1 直接启动电路及额定运行电路的仿真结果 (17)4.2 仿真时遇到的问题 (19)4.2.1 示波器Scope不能直接连接到电枢回路输入端测量电压 (19)4.2.2 电阻不能直接用Resistor (19)5 总结 (20)6 参考文献 (21)摘要直流电动机现在在世界都占有一席之地，很多地方都充斥着直流电动机的身影。

本文通过matlab自带的simulink对直流电动机进行了仿真，以他励直流电动机为仿真模型，从启动到稳定运行，了解了他励直流电动机的基本电压电流关系，验证了电压电流曲线。

同时，也学习了matlab和其仿真系统simulink，为以后的学习生活打下了基础。

关键词：matlab simulink 他励直流电动机仿真KeyWords：matlab simulink external-excited-DC-motor simulation1 设计任务及要求1.1 设计任务他励直流电动机模型[1][2]与仿真设计，初始条件电动机n=1000r/min, Ra=0.05欧;电源电压220V，电阻为0.08欧，转动惯量GD2=125kg.m2。

1.2 设计要求1、直流电动机数学模型建立；2、直流电动机传递函数的模型建立及其参数设置；3、仿真模型建立与设计。

电机的数学模型与仿真分析

2.6 直流电机的基本方程
稳态运行时
U E I a Ra
I Ia If
La d ia dt Ra ia k af if U
动态情况并励直流电动机等效电路
kaf if CT n E 或kaf if CT
Lf dif dt Rf if U
dt
2 n (rad / s) 60
两式中的三项都是有方向的
工程上，习惯使用工程单位：转速为n(r/min)，转动惯量用飞轮矩GD2(Nm2)。
交流电机控制系统仍在不断的发展和完善，目前主要的发展有如下一些动向：
1 新材料、新结构和专用调速型电机 2 新型变流装置和变流技术 3 新的控制策略 4 无速度（位置）检测器的检测技术 5 全数字化控制及集成化技术 6 能量回馈的实现
1. 电气工程的仿真技术
2. 直流电机的数学模型与仿真分析 3. 电磁耦合系统
离散化
非线性代数方程组
线性化
线性代数方程组
求解
求解
1.1 电气工程仿真的特点
3、仿真工具：
主要有三种：一种是从通用的仿真软件发展而来， pspice，saber等，一种是从专用软件中发展而来，如matlab，emtp；另一种是电力电子的专门软件：如simplis，MATLAB， Psim， Pspice，Saber， EMTP，SIMPLIS，SCAT，Simplorer。
计语言容易
4、MATLAB语言与其它语言的关系仿佛和C语言与汇编语言的关系一样计算机语言的发展
管理、可视化
智能化
数值运算
解析运算
标志着计算机语言向“智能化”方向发展，被称为第四代编程语言。

直流电机伺服控制系统建模与仿真

i 1 i 0
n
n 1
若原系统状态完全可控，则状态反馈矩阵K可以由下式求出
K (α β ) L Q
T
n 1 n2 L 1 1
T 1
1
n 2 1 1 n 3 1
1
Q B AB A
3 伺服驱动系统的设计任务
伺服驱动系统设计的任务包括驱动元件的选型、驱动方案设计、传感器的选型、传感检测方案设计、驱动控制方案设计、伺服系统建模和伺服控制器设计等内容。
伺服控制器的设计方法也很多，常用的有四种基本方法：
①基于传递函数的控制器设计，如PID和古典控制理论的各种控制器；
②基于状态控制的现代控制理论设计方法，如状态反馈控制器、自适应控制和各种最优控制方法等；
可以获得较好的响应特性，只是响应速度不够快，精度不够高。
导入PD控制器
在Simulink程序中建立PD模型，考虑微分会对系统带来噪声，选用不完全微分控制器。从Sinmulink工具箱中提取PID模型，积分参数I设为“0”，就得到了PD模型。
导入控制器（PD)
控制器的（PD)特性
⑹ 引入PD后的SISO设计
0.7
t s 0.05s
解：
① 建立系统状态空间模型取电枢回路的电流ia(t)和电机轴的转速ωm为状态变量，电枢控制电压u(t) 为系统输入，取电机轴的输出转速ωm为系统输出。
X ia
m T Y 0 m
La
Ce Ra 1 L L a a X La u X TM J e M B M Cm B 0 Je Cm B Je M ia M Je Je Y 0 1X

(整理)直流电动机仿真研究

一、直流电动机的工作原理、结构、基本电磁关系图1表示一台最简单的两极直流电动机模型，它的固定部分（定子）上，装有一对用直流励磁的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢。

定子与转子之间有一气隙。

电枢铁心上装有由A和X根导体连接而成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别接到两个圆弧形的铜片K1和K2铜片称为换向片，换向片之间互相绝缘。

换向片构成的整体称为换向器，换向器固定在转轴上。

换向器上放置着一对静止不动的电刷B1和B2，电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。

如果将直流电压直接加到线圈AX上，导体中就有直流电流通过。

设导体中的电流为i，载流导体在磁场中将受到电磁力f，f=bil，作用在线圈上的电磁转矩Txa则等于2倍的电磁力乘上力臂，即Txa=2fD/2=bilda。

式中，Da为电枢外径。

若电流i为恒定，转子旋转一周时，气隙磁通密度b的方向为一正一负，因此电磁转矩Txa将是交变的，一个周期内的平均值为0，无法使电枢持续旋转。

然而在直流电动机中，电流并非直接接入线圈，而是通过电刷B1、B2和换向器再接入线圈，这样情况就不同了。

因为电刷B1和B2静止不动，电流i总是从正极性电刷B1流入，经过旋转的换向片流入位于N极下的导体，再经位于S极下的导体，由负极性电刷B2流出；故当导体旋转而交替地处于N极和S级下的导体中的电流将随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终保持不变，并使电动机持续旋转!此时电刷和换向器起到把外部电源通入的直流，改变成线圈内的交流的“逆变”作用。

这就是直流电动机的工作原理。

直流电机主要分为定子和转子两大部分。

定转子之间存在的间隙称为气隙。

1.定子是电机的静止部分，主要用来产生磁场。

它主要包括：(1)主磁极主磁极包括铁心和励磁绕组两部分。

当励磁绕组中通人直流电流后，铁心中即产生励磁磁通，并在气隙中建立励磁磁场。

励磁绕组通常用圆形或矩形的绝缘导线制成一个集中的线圈，套在磁极铁心外面。

直流电机特性仿真

直流电机运行特性实验实验目的：通过仿真，熟悉直流电动机的原理和运行特性；并同时达到熟练运用matlab 和提高自学能力的目的。

一直流电机起动仿真1 直流电机的直接起动仿真使用Simulink对直流电动机的直接启动建立仿真模型，通过仿真获得直流电动机的直接启动电流和电磁转矩的变化过程。

当然，实际过程中是不允许直流电动机直接启动。

图1:他励直流电动机直接起动仿真原理图图2：他励直流电动机直接启动仿真结果图3：电枢电流和转速关系图2给出了直流电动机在起动过程中的转速、电枢电流、励磁电流、电磁转矩的变化。

从仿真结果的波形中容易看出起动电流冲击很大，同时电磁转矩的冲击也较大，转速能够在较短的时间内达到稳定。

2 直流电动机电枢串联电阻起动仿真建立他励直流电动机电枢串联三级电阻的仿真模型，仿真分析其串联电阻过程，获得起动过程的电枢电流、转速和电磁转矩的变化曲线。

和直接起动仿真模型相比，主要增加了电阻控制子模块。

图4：直流电动机串三级电阻起动仿真原理图图4：串起动电阻控制子模块原理图图5：他励直流电动机串接三级电阻起动仿真结果图6：他励直流电动机串电阻转速-电流关系仿真结果从仿真结果的波形中可以看出通过设定合适的串联起动电阻的投入时间，起动电流可以控制在一定的范围内，同时电磁转矩的也能够得到有效降低。

转速需要在较长的时间内才能达到稳定。

二直流电机的制动仿真1 直流电动机的能耗制动仿真图7：能耗制动仿真原理图图8：子模块封装图图9：他励直流电动机仿真结果图（有问题，觉得不对）直流电动机的能耗制动仿真模型原理图如图所示，和直接启动仿真模型相比主要增加可经过封装的电路改变连接控制模块和仿真停止控制部分。

给出了直流电动机在制动过程中的转速、电枢电流、励磁电流、电磁转矩的变化。

直流电动机的转速能够在能耗制动开始停车的寺庙时间内达到完全停车，能够实现较快的停车速度。

在能耗制动开始的时刻，可以观察到存在较大的反向电磁转矩和反向的电枢电流，这是能够实现快速停车的根本原因。

直流电机PWM调速系统的设计与仿真

直流电机PWM调速系统的设计与仿真一、引言直流电机是电力传动中最常用的一种电动机，具有调速范围广、响应快、结构简单等优点。

而PWM（脉宽调制）技术是一种有效的电机调速方法，可以通过改变占空比控制电机的转速。

本文将介绍直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。

二、建模分析1.直流电机的模型直流电机的数学模型包括电动势方程和电机转矩方程。

电动势方程描述电机的输出电动势与供电电压之间的关系，转矩方程描述电机的输出转矩与电机转速之间的关系。

2.PWM调速系统的控制策略PWM调速系统的控制策略主要包括PID控制和模糊控制两种方法。

PID控制是一种经典的控制方法，通过比较实际输出与期望输出，计算出控制量来调整系统。

模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过模糊推理，将输入量映射为输出量。

三、电路设计1.电机驱动电路设计电机驱动电路主要由电流传感器、逆变器和滤波器组成。

电流传感器用于测量电机的电流，逆变器将直流电压转换为交流电压，滤波器用于消除电压中的高频噪声。

2.控制电路设计控制电路主要由控制器、比较器和PWM信号发生器组成。

控制器接收电机转速的反馈信号，并与期望转速进行比较，计算出控制量。

比较器将控制量与三角波进行比较，生成PWM信号。

PWM信号发生器将PWM信号转换为对应的脉宽调制信号。

四、仿真实验1.系统建模与参数设置根据直流电机的模型，建立MATLAB/Simulink仿真模型，并根据实际参数设置电机的转矩常数、转矩常数、电机阻抗等参数。

2.控制策略实现使用PID控制和模糊控制两种方法实现PWM调速系统的控制策略。

通过调节控制参数，比较不同控制方法在系统响应速度和稳定性上的差异。

3.仿真实验结果分析通过仿真实验，分析系统的静态误差、动态响应和稳定性等性能指标。

比较不同控制方法的优缺点，选择合适的控制方法。

五、结论本文介绍了直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。

无刷直流电机的建模与仿真

无刷直流电机的建模与仿真一、引言随着无刷直流电机在伺服系统、电动汽车、机器人及家用电器等领域的广泛应用，人们对电机及其系统的运行分析和优化设计也越来越关注。

借助建模与仿真技术，人们可以研究、分析整个电机系统的各类定量关系，提取设计、分析和调试电机及其驱动系统所需的信息、数据和资料。

本文主要研究反电动势近似梯形波的永磁无刷直流电机模型的建立与仿真，通过MATLAB/SIMULINK ，构建一个无刷直流电机的控制系统模型，并对其进行仿真分析。

二、无刷直流电机的数学模型无刷直流电机具有梯形的反电动势、矩形电流波形，定子与转子的互感是非线性的，因此不宜采用坐标变换的方法进行分析。

为了便于分析，简化系统的模型，假设电机铁磁部分的磁路为线性，即不计饱和、剩磁、磁滞和涡流的影响；不考虑电枢反应对气隙磁场的影响；三相定了为Y 形连接。

由此可得无刷直流电机三相绕组的电压方程如下：⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛c b a c b a C CBCABC B BAAC AB A c b a c b a e e e i i i p L L L L L L L L L i i i R R Ru u u 000000 （1）其中a u ，b u ，c u ——三相相电压； a i ，b i ，c i ——三相相电流；a e ，b e ，c e ——三相反电动势； A L ，B L ，C L ——三相绕组的自感；AB L ，AC L ，BA L ，BC L ，CA L ，CB L ——各相绕组间的互感； R ——绕组电组（假设三相相等）； p ——微分算子；对于转子使用永磁材料构成的无刷直流电动机，转子的影响可忽略，可认为电感是常数，与转子位置无关，即：C B A L L L == ；M L L L L L L CB CA BC BA AC AB ======又因为三相绕组为Y 形连接，无中线，所以任意时刻总有0=++c b a i i i 成立。

直流电动机建模及仿真

他励直流电动机建模及仿真报告人：本人电力系统及其自动化一、模型描述及仿真要求一台他励直流电动机 T L =2Ω+Ωdtd 励磁电流为常值，试求电枢端点突然加110V 时的速度响应和电流响应。

已知R a =1Ω；La =1±10% H ；G af I f0=10N ·m 。

要求：1、给出直流电动机的数学模型2、画出直流电动机的仿真框图或给出相关程序代码3、给出直流电动机速度响应和电枢电流响应的的曲线及数据二、直流电动机数学模型1、他励直流电动机动态过程中电枢电流i a 、励磁电流i f 、转速Ω可用下列方程描述：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+Ω+Ω==+=Ω++=++=ΩLa f af e f ff f f f af a a a a a a a aa a T R dt d J i i G T dt di L R i u i G dtdi L R i e dt di L R i u 相应的上述时域方程在零初始条件下，其拉式变换，即频域数学模型为：⎪⎩⎪⎨⎧+Ω+Ω=+=Ω++=ΩL f af f f f f f f af a a a a a Ts R s Js s Ia s I G s sI L R s I s U s s I G s sI L R s I s U )()()()()()()()()()()()(2、此模型中励磁电流保持常值不变，即梳控。

在此前提下相应的频域数学模型简化为：⎩⎨⎧+Ω+=+Ω+Ω=Ω++=Ω++=ΩΩLL f af f af a a a f af a a a a a T s R Js T s R s Js s Ia I G s I G s I s L R s I G s sI L R s I s U )()()()()()()()()()()()(000 本模型中有：T L =2Ω+Ωdtd 变成频域方程即：)()12()(s S s T L Ω+=3、本模型中参数选取（1）已知R a =1Ω、G af I f0=10N ·m（2）La=1±10% H 此处选取为 La =1H （3）选定上面参数后，电枢回路时间常数Ta=La/Ra=1 ,为保证起动过程中无振荡过程，应使阻尼比ξ>1【1】，相应的即可得出a M T T 4>。

直流电动机的MATLAB仿真

2）直流电动机直接起动仿真直流电动机直接起动时，起动电流很大，可以达到额定电流的10-20倍，由此产生很大的冲击转矩。

适用Simulink对直流电动机的直接起动过程建立仿真模型，通过仿真获得直流电动机的直接起动电流和电磁转矩的变化过程。

他励直流电动机直接起动仿真模型原理图直流电动机模块参数设置图直流电源模块参数设置图定时模块参数设置图开关模块参数设置图他励直流电动机直接起动转速—电流关系仿真结果他励直流电动机直接起动仿真结果3）直流电动机电枢串联电阻启动仿真建立他励直流电动机电枢串联三级电阻起动的仿真模型，仿真分析其串联电阻起动过程，获得起动过程的电枢电流.转速和电磁转矩的变化曲线。

他励直流电动机串起电阻启动仿真模型原理图他励直流电动机串起电阻仿真他励直流电动机串起电阻起动的转速—电流关系仿真结果4）直流电动机能耗制动仿真能耗制动时，电枢通过电阻Rb短接，使用Simulink建立直流电动机的能耗制动仿真模型，仿真分析获得转速。

电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。

他励直流电动机能耗制动仿真模型原理图他励直流电动机能耗制动仿真结果5）直流电动机反接制动仿真直流电动机的反接制动分为电压反向的反接制动和倒拉反接制动。

电压反向反接制动作用用于电动机的快速停机，而倒拉反接制动用于低速下放位能负载。

使用Simulink建立直流电动机的电压反向反接制动的仿真模型，仿真分析获得转速。

电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。

他励直流电动机电压反向反接制动仿真模型原理图他励直流电动机电压反向反接制动仿真结果6）直流电动机改变电枢电压调速仿真使用Simulink建立直流电动机的改变电枢电压的仿真模型，仿真分析获得转速。

电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。

他励直流电动机改变电枢电压调速仿真模型原理图他励直流电动机改变电枢电压调速仿真结果他励直流电动机改变励磁电压仿真模型原理图第三章 MALTAB基本操作一、目的：1.掌握MATLAB的基本操作、常用命令。

无刷直流电机的建模与仿真

无刷直流电机的建模与仿真相对于传统的有刷直流电机，无刷直流电机的特点表现为：使用寿命长、效率更高、低噪声、启动转矩大等特点，在军事，伺服控制、家用电器等领域被广泛应用，文章首先研究无刷直流电机基础结构，其次分析其数学模型，并用Maltab 搭建了无刷直流电机控制系统的仿真模型，详细介绍了电机本体，转速控制，转矩计算等模块的功能和实现方法，通过仿真，证明了该模型的可行性。

标签：无刷直流电机；仿真；模型1 无刷直流电机的数学模型以两相导通星形三相六状态为例，设ua，ub，uc是三相定子电压；ea，eb，ec是三相定子反电动势，ia，ib，ic为三相定子电流，La，Lb，Lc是三相定子自感，Lab，Lac，Lba，Lba，Lca，Lca为三相定子绕组互感，Ra，Rb，Rc为三相绕组的相电阻，P为微分算子（d/dt）。

1.1 电压方程由于假设电机三相绕组完全对称，所以有ia+ib+ic=0且Mia+Mib+Mic=0，将这两个等式带入，经过化简，得到电压方程为：1.2 转矩方程无刷直流电机的转矩方程如下：？棕无刷直流电机转子的机械角速度（rad/s）无刷直流电机的机械运动方程可表示为：TL其中负载转矩（N·m）；J是电机的转动惯量（Kg·m2）。

2 基于MATLAB/Simulink的无刷直流电机控制系统建模在MATLAB/Simulink环境下，在了解和分析了无刷直流电机的数学模型后，建立无刷直流电机控制系统仿真模型，该控制系统采用双闭环控制方案，转速环为外环，采用PI调节器，内环是电流环，在建模之前作以下假定：（1）不计电枢反应，换向过程等的影响；（2）磁路不饱和，忽略磁滞和涡流的影响；（3）假设三相绕组，定子电流，转子磁场分布完全对称，气隙磁场为方波；（4）假设外加电源为理想的直流恒压电源。

根据模块化的思想，系统可以由以下几个子模块构成：2.1 无刷直流电机本体无刷直流电机本体模块是关键的部分。

(完整word版)直流电动机数学模型的建立(word文档良心出品)

直流电动机数学模型的建立4.1 数学模型的建立建立电动机动态数学模型的方法的要点是：首先列写出电动机主电路电压平衡方程式，轴上力矩平衡方程式和励磁电路电压平衡方程式等基本关系式，加以整理，然后进行拉普拉斯变换，根据此变换，即可求出电动机的动态结构图和传递函数的表达式[1，10]。

图4—1上图为一他励直流电动机的等效电路，其中：aU E----分别为电动机电枢端电压和反电势；dI fI ---电动机电枢电流和励磁电流；a R aL ---电枢电路电阻和电感； f RfL ---励磁电路电阻和电感；fU -------电动机的励磁电压；ω-------电动机的角速度；J--------电动机轴上的转动惯量；e T lT ----电动机转矩和负载阻转矩。

4.1.1 写出平衡方程式、拉普拉斯变换由上图可写出下列基本关系式：a U -E= a R (1+a T S ⨯) dIe T -l T =J ⨯S ⨯ωfU =f R ()ff I T S ⨯⨯+1E=ωωφ⨯⨯⨯=⨯⨯f e I M p K Te=df d m I I M p I K ⨯⨯⨯=⨯⨯φ其中:a aa R L T =为电枢电路时间常数；f ff R L T = 为励磁电路时间常数；p 为电动机磁极对数；M 为励磁绕组和电枢绕组的互感；4.1.2 动态结构图将S=d/dt 看作算子，则上述诸式也就是它们的拉氏变换。

所以由上式可画出直流电动机的结构。

如图4—2所示。

图4—2如果将讨论的问题限制在稳态工作点附近的小偏差情况，经过化简，可得此时系统的增量方程为：da a a I T S R E U ⨯⨯+⨯=-)1(ω⨯⨯=-S J T T l eff f f I T S R U ⨯⨯+⨯=)1(0Ω⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=f f I M p I M p E ω 00d f d f e I I M p I I M p T ⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=为简化起见，式中表示增量的下标1已删去。

直流电机特性仿真

直流电机运行特性实验实验目的：通过仿真，熟悉直流电动机的原理和运行特性；并同时达到熟练运用matlab 和提高自学能力的目的。

当然，实际过程中是不允许直流电动机直接启动。

从仿真结果的波形中容易看出起动电流冲击很大，同时电磁转矩的冲击也较大，转速能够在较短的时间达到稳定。

和直接起动仿真模型相比，主要增加了电阻控制子模块。

图4：直流电动机串三级电阻起动仿真原理图图4：串起动电阻控制子模块原理图图5：他励直流电动机串接三级电阻起动仿真结果图6：他励直流电动机串电阻转速-电流关系仿真结果从仿真结果的波形中可以看出通过设定合适的串联起动电阻的投入时间，起动电流可以控制在一定的围，同时电磁转矩的也能够得到有效降低。

转速需要在较长的时间才能达到稳定。

给出了直流电动机在制动过程中的转速、电枢电流、励磁电流、电磁转矩的变化。

直流电动机的转速能够在能耗制动开始停车的寺庙时间达到完全停车，能够实现较快的停车速度。

在能耗制动开始的时刻，可以观察到存在较大的反向电磁转矩和反向的电枢电流，这是能够实现快速停车的根本原因。

实验四：直流电动机的MATLAB仿真实验

clearUN=220;PN=5.5;IN=30.4;nN=1000;Ra=0.55;Rf=430;IaN=IN-UN/Rf;CePhi=(UN-Ra*IN)/nN;CtPhi=9.55*CePhi;Ia=0:IN;n=UN/CePhi-Ra/CePhi*Ia;Te=CtPhi*Ia;T2N=9500*PN/nN;figure(1);plot(Te,n,'*');xlabel('电磁转矩');ylabel('转速');ylim([0,1200]);figure(2);plot(Te,n,'rs');xlabel('电磁转矩');ylabel('转速');hold on;for coef=1:-0.25:0.25;U=UN*coef;n=U/CePhi-Ra/(CePhi-Ra)/(CePhi*CtPhi)*T e;plot(Te,n,'k-');str=strcat('U=',num2str(U),'V');sy=1000*coef;text(50,sy,str);endylim([0,1200]);figure(3);Rc=0;n=UN/CePhi-(Ra+Rc)/(CePhi*CtPhi)*Te; plot(Te,n,'rs');xlabel('电磁转矩');ylabel('转速');hold on;U=UN;for Rc=0:2.0:8.0;n=U/CePhi-(Ra+Rc)/(CePhi*CtPhi)*Te; plot(Te,n,'k-');str=strcat('R=',num2str(Ra+Rc),'\Omega'); sy=260*(4-Rc*0.5);text(50,sy,str);endylim([0,1200]);figure(4);Rc=0;n=UN/CePhi-(Ra+Rc)/(CePhi*CtPhi)*Te; plot(Te,n,'rs');xlabel('电磁转矩');ylabel('转速');hold on;U=UN;for coef=0.5:0.25:1.3;Ce=CePhi*coef;Ct=CtPhi*coef;n=U/Ce-Ra/(Ce*Ct)*Te;plot(Te,n,'k-');str=strcat('\phi=',num2str(coef),'\phiN');sy=600*(4-coef*2.1);text(50,sy,str);endylim([0,2500])Figure(1):固有机械特性曲线Figure(2):降低电压人为机械特性曲线图2-45 直流电动机串联电阻起动仿真结果Figure(3):增加电枢电阻人为机械特性曲线Figure(4):改变磁通人为机械特性曲线图2-46 直流电动机串起电阻起动的转速—电流关系仿真结果图2-41 直流电动机直接起动仿真模型原理图图2-42 直流电动机直接起动仿真结果图2-43直流电动机直接起动转速—电枢电流关系图2-44 直流电动机串联电阻启动仿真模型原理图。