扬州大学MATlab课程设计

扬州大学

专业软件应用综合设计报告

学院级电气专业题目异步电动机综合仿真设计三

学生学号

指导教师

2013年12月28日

异步电动机综合仿真设计三

摘要：本文主要介绍了三项鼠笼式异步电动机直接启动和变压器降压起动在空载和额定负载两种情况下运行时，转子绕组电流、定子绕组电流、电机转速以及电磁转矩等参数变化情况。同时，还附带的讲解了一些有关MATLAB中SIMULINK模块的使用与连接，还有异步电机参数的设置、变压器参数设定和理想开关开断时间的设定，本文都将一一解释。

关键字：SIMULINK；异步电机；过渡过程；直接启动；变压器降压起动

1 引言

异步电机又称感应电机是交流电机的一种。具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高，价格较低等优点。异步电机主要作为电动机使用，是当今应用最广，需要量最大的一种电机。主要部件是定子、转子、外壳等。本文研究的异步电机为三相鼠笼式异步电动机，定子绕组为三相四极绕组，转子为铸铝鼠笼转子。

计算机仿真技术是应用电子计算机对研究对象的数学模型进行计算和分析的方法。对于从事控制系统研究与设计的技术人员而言，MATLAB是目前控制系统计算机辅助设计实用且有效的工具。这不仅是因为它能解决控制论中大量存在的矩阵运算问题，更因为它提供了强有力的工具箱支持。与控制系统直接相关的工具箱有控制系统、系统辨识、信息处理、优化等。还有一些先进和流行的控制策略工具箱，如鲁棒控制、u-分析与综合、神经网络、模糊预测控制、非线性控制设计、模糊逻辑等。可以说目前理论界和工业界广泛应用和研究的控制算法，几乎都可以在MATLAB中找到相应的工具箱。

同时，MATLAB软件中还提供了新的控制系统模型输入与仿真工具SIMULINK,它具有构造模型简单、动态修改参数实现系统控制容易、界面友好、功能强大等优点，成为动态建模与仿真方面应用最广泛的软件包之一。它可以利用鼠标器在模型窗口上“画”出所需的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真或分析，从而使得一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。

将SIMULINK用于电机系统的仿真研究近几年逐渐成为人们研究的热点。本文以此为基础，运用模糊逻辑控制，建立了电机控制系统的仿真模型，并通过了可靠的仿真实验。

本实验的目的是通过MATLAB的仿真实验，对鼠笼式异步电动机直接起动和变压器降压

起动进行仿真设计，掌握SIMULINK仿真环境常用模块库和电力系统模块库。

一方面研究鼠笼式异步电动机直接起动，观察电机转速、定、转子电流、电磁转矩；另一方面，研究鼠笼式异步电动机变压器降压起动，观察电机转速、定、转子电流、电磁转矩。

2设计依据及框图

2.1 设计平台

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和SIMULINK两大部分。

MATLAB是matrix laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB 也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

编程环境

MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许

多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。

简单易用

MATLAB是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。

强处理能力

MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。

图形处理

MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出