電機(jī)及拖動課件：第十章 電機(jī)及拖動的計(jì)算機(jī)仿真

1、第十章第十章 本章主要教學(xué)內(nèi)容本章主要教學(xué)內(nèi)容1.1.仿真的基本概念仿真的基本概念2.2.MATLAB簡介簡介3.3.MATLAB在電機(jī)及拖動課程中的應(yīng)用在電機(jī)及拖動課程中的應(yīng)用 第十章第十章10.1 仿真的基本概念仿真的基本概念 仿真研究就是建立所要研究對象的模型仿真研究就是建立所要研究對象的模型(不是實(shí)際對象本不是實(shí)際對象本身身)，用對對象模型而不是對實(shí)際對象的計(jì)算和測試來代替實(shí)，用對對象模型而不是對實(shí)際對象的計(jì)算和測試來代替實(shí)際對象的實(shí)驗(yàn)研究，它是一種基于模型而不是基于真實(shí)對象的際對象的實(shí)驗(yàn)研究，它是一種基于模型而不是基于真實(shí)對象的研究方法。研究方法。 仿真研究分為兩類：基于物理模型的物

2、理仿真和基于數(shù)學(xué)仿真研究分為兩類：基于物理模型的物理仿真和基于數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)仿真。計(jì)算機(jī)仿真屬于數(shù)學(xué)仿真。模型的數(shù)學(xué)仿真。計(jì)算機(jī)仿真屬于數(shù)學(xué)仿真。 仿真工具：計(jì)算機(jī)仿真工具：計(jì)算機(jī)+仿真軟件仿真軟件10.2 MATLAB簡介簡介 在科學(xué)計(jì)算分析領(lǐng)域，在科學(xué)計(jì)算分析領(lǐng)域，MATLAB已成為廣大科技工作者重已成為廣大科技工作者重要的輔助工具軟件。要的輔助工具軟件。 第十章第十章10.2.1 MATLAB的功能特點(diǎn)的功能特點(diǎn) MATLAB產(chǎn)品族可用來進(jìn)行：產(chǎn)品族可用來進(jìn)行： 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析 數(shù)值和符號計(jì)算數(shù)值和符號計(jì)算 工程和科學(xué)繪圖工程和科學(xué)繪圖 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)字圖像信號處理數(shù)字圖

3、像信號處理 財(cái)務(wù)工程財(cái)務(wù)工程 建模、仿真、原型開發(fā)建模、仿真、原型開發(fā) 應(yīng)用開發(fā)應(yīng)用開發(fā) 圖形用戶界面設(shè)計(jì)圖形用戶界面設(shè)計(jì) MATLAB產(chǎn)品族有眾多的面向具體應(yīng)用的工具箱和仿真產(chǎn)品族有眾多的面向具體應(yīng)用的工具箱和仿真塊，不僅為使用者提供了塊，不僅為使用者提供了“演算紙演算紙”式的編程環(huán)境及功能強(qiáng)式的編程環(huán)境及功能強(qiáng)大的繪圖功能，而且還提供了一個(gè)專門用于動態(tài)仿真研究的大的繪圖功能，而且還提供了一個(gè)專門用于動態(tài)仿真研究的直觀、方便的工具直觀、方便的工具-Simulink。 第十章第十章10.2.2 MATLAB的語言特點(diǎn)的語言特點(diǎn) MATLAB語言最大的特點(diǎn)就是簡單和直接，分述如下：語言最大的特點(diǎn)

4、就是簡單和直接，分述如下： （1 1）編程效率高編程效率高 （2 2）用戶使用方便用戶使用方便 （3 3）擴(kuò)充能力強(qiáng)，交互性好擴(kuò)充能力強(qiáng)，交互性好 （4 4）移植性和開放性都很好移植性和開放性都很好 （5 5）語言簡單，內(nèi)涵豐富語言簡單，內(nèi)涵豐富 （6 6）高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算 （7 7）方便的繪圖功能方便的繪圖功能第十章第十章10.3 MATLAB在電機(jī)及拖動課程中的應(yīng)用在電機(jī)及拖動課程中的應(yīng)用 主要應(yīng)用可歸納為三方面：參數(shù)計(jì)算、曲線繪制和運(yùn)行主要應(yīng)用可歸納為三方面：參數(shù)計(jì)算、曲線繪制和運(yùn)行仿真。仿真。 10.3.1 參數(shù)計(jì)算參數(shù)計(jì)算 在許多復(fù)雜的電機(jī)及拖動系統(tǒng)問

5、題中，分析清楚各參數(shù)的在許多復(fù)雜的電機(jī)及拖動系統(tǒng)問題中，分析清楚各參數(shù)的相互關(guān)系后，復(fù)雜的計(jì)算過程往往是解決問題的最大困難。相互關(guān)系后，復(fù)雜的計(jì)算過程往往是解決問題的最大困難。利用利用MATLAB軟件進(jìn)行計(jì)算，不僅簡單、方便，而且計(jì)算結(jié)軟件進(jìn)行計(jì)算，不僅簡單、方便，而且計(jì)算結(jié)果正確可靠。這樣就不必在純粹的數(shù)學(xué)計(jì)算上花費(fèi)太多的精果正確可靠。這樣就不必在純粹的數(shù)學(xué)計(jì)算上花費(fèi)太多的精力，而將更多的精力用在分析各參數(shù)之間的相互聯(lián)系以及其力，而將更多的精力用在分析各參數(shù)之間的相互聯(lián)系以及其中所體現(xiàn)的電機(jī)特性上。中所體現(xiàn)的電機(jī)特性上。 第十章第十章例如，例如，要要計(jì)算某銅線變壓器：計(jì)算某銅線變壓器：(1)

6、等值電路各參數(shù)、阻抗電壓等值電路各參數(shù)、阻抗電壓及阻抗電壓百分比；及阻抗電壓百分比；(2)當(dāng)額定負(fù)載分別為當(dāng)額定負(fù)載分別為 和和 時(shí)，其電壓變化率時(shí)，其電壓變化率 ，副邊電壓，副邊電壓 及效率及效率 。 利用利用MATLAB可可編寫用于該類問題的通用程序，具體程編寫用于該類問題的通用程序，具體程序清單序清單見教材見教材。 在程序編寫完成后，只要在在程序編寫完成后，只要在MATLAB 主窗口輸入相關(guān)已主窗口輸入相關(guān)已知參數(shù)，立即可得所需計(jì)算結(jié)果，具體操作步驟見教材。知參數(shù)，立即可得所需計(jì)算結(jié)果，具體操作步驟見教材。10.3.2 曲線繪制曲線繪制 MATLAB的繪圖功能在電機(jī)及拖動課程中的應(yīng)用一般

7、可的繪圖功能在電機(jī)及拖動課程中的應(yīng)用一般可歸納為兩類：直接曲線繪制和間接曲線繪制。直接曲線繪制歸納為兩類：直接曲線繪制和間接曲線繪制。直接曲線繪制使用使用PLOT命令即可，間接曲線繪制要復(fù)雜些。命令即可，間接曲線繪制要復(fù)雜些。8 . 0cos8 . 0)cos(%U2U第十章第十章 教材以一臺他勵教材以一臺他勵直流電動機(jī)電樞串不直流電動機(jī)電樞串不同電阻值時(shí)的轉(zhuǎn)矩、同電阻值時(shí)的轉(zhuǎn)矩、速度曲線速度曲線(即機(jī)械特性即機(jī)械特性)繪制為例進(jìn)行了說明。繪制為例進(jìn)行了說明。具體的程序具體的程序 清單見教清單見教材。材。 根據(jù)教材所用參根據(jù)教材所用參數(shù)，畫出的機(jī)械特性數(shù)，畫出的機(jī)械特性曲線如曲線如右圖右圖。第

8、十章第十章10.3.3 運(yùn)行仿真運(yùn)行仿真 使用使用MATLAB提供的提供的Simulink仿真工具可對電仿真工具可對電機(jī)的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)運(yùn)行過程機(jī)的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)運(yùn)行過程進(jìn)行模擬仿真。進(jìn)行模擬仿真。Simulink的模型庫中包含有很多專的模型庫中包含有很多專用模塊，使用者可以根據(jù)用模塊，使用者可以根據(jù)自己所從事的研究領(lǐng)域選自己所從事的研究領(lǐng)域選擇不同的模塊。電機(jī)及拖擇不同的模塊。電機(jī)及拖動的仿真模塊動的仿真模塊( (Machines) )歸在電力系統(tǒng)仿真歸在電力系統(tǒng)仿真( (Sim-PowerSystems) )的模塊中，的模塊中，其使用界面如其使用界面如右圖右圖。 第十章第十章雙擊雙擊Machine

9、s圖標(biāo)就可看到圖標(biāo)就可看到Simulink模型模型庫中的所有電庫中的所有電機(jī)模型，界面機(jī)模型，界面如如右圖右圖。 第十章第十章實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行仿真的電機(jī)運(yùn)行仿真的基本方法基本方法： (1) 在在Simulink的工具欄上點(diǎn)擊的工具欄上點(diǎn)擊File建立一個(gè)后綴名建立一個(gè)后綴名為為.mdl的新文件的新文件*.mdl ； (2) 在在Simulink模型庫中找到進(jìn)行仿真分析所需的模模型庫中找到進(jìn)行仿真分析所需的模塊塊 ，將它們分別拖到新文件中將它們分別拖到新文件中 ； (3) 根據(jù)它們的相互關(guān)系將其連接成一個(gè)完整的仿真根據(jù)它們的相互關(guān)系將其連接成一個(gè)完整的仿真圖圖 。 下圖下圖為繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子

10、串對稱電阻起動仿真圖。為繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串對稱電阻起動仿真圖。 (4) 對圖中各模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；對圖中各模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置； (5) 設(shè)置仿真參數(shù)，進(jìn)行仿真。設(shè)置仿真參數(shù)，進(jìn)行仿真。 第十章第十章繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串對稱電阻起動仿真圖繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串對稱電阻起動仿真圖第十章第十章 應(yīng)用教材應(yīng)用教材上所給參上所給參數(shù)，得到數(shù)，得到的繞線型的繞線型異步電動異步電動機(jī)串對稱機(jī)串對稱電阻起動電阻起動的電流、的電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩波形如矩波形如右圖右圖。第十章第十章下圖下圖為異步電動機(jī)電源反向的反接制動的為異步電動機(jī)電源反向的反接制動的Simulink模型模型 。第十章第十章應(yīng)用教材應(yīng)用

11、教材上所給參上所給參數(shù)，得到數(shù)，得到的異步電的異步電動機(jī)電源動機(jī)電源反接制動反接制動的電流、的電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩波形如矩波形如右圖右圖。第十章第十章Simulink在電機(jī)及拖動課程應(yīng)用中具有的在電機(jī)及拖動課程應(yīng)用中具有的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： (1)建立仿真模型的操作過程簡單易行；建立仿真模型的操作過程簡單易行； (2)模塊參數(shù)模塊參數(shù)(如電源模塊、電機(jī)模塊、電阻等的特征參數(shù)如電源模塊、電機(jī)模塊、電阻等的特征參數(shù))和仿真參數(shù)和仿真參數(shù)(如運(yùn)行時(shí)間、仿真算法等如運(yùn)行時(shí)間、仿真算法等)易于調(diào)節(jié)。易于調(diào)節(jié)。 實(shí)際應(yīng)用中模塊庫里可供選擇的模塊不僅包括同步電機(jī)、實(shí)際應(yīng)用中模塊庫里可供選擇的模塊不僅包括同步電機(jī)、異步電機(jī)、直流電機(jī)等電機(jī)模塊和它們的勵磁、測量等配套異步電機(jī)、直流電機(jī)等電機(jī)模塊和它們的勵磁、測量等配套模塊，而且有電阻、電感、功率元件等電路元器件的仿真模模塊，而且有電阻、電感、功率元件等電路元器件的仿真模塊，覆蓋了電機(jī)及拖動整個(gè)知識結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)容，可以進(jìn)行塊，覆蓋了