永磁直流電動(dòng)機(jī)的Simulink建模仿真教學(xué)

1、永磁直流電動(dòng)機(jī)的Simulink建模仿真教學(xué)打開文本圖片集【摘要】"電機(jī)及其系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門重要課程，根據(jù)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)建立數(shù)學(xué)模型并構(gòu)建仿真模型是一種基本功訓(xùn)練。本文選擇最簡單的電機(jī)永磁直流電動(dòng)機(jī)作為研究對(duì)象，根據(jù)他的等效電路建立瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB軟件中的動(dòng)態(tài)仿真工具Simulink模塊庫中的功能模塊，構(gòu)建其仿真模型。給出了永磁直流電動(dòng)機(jī)最基本的五種仿真模型。通過實(shí)例仿真計(jì)算，驗(yàn)證了建模方法的正確性和有效性?！娟P(guān)鍵詞】永磁直流電動(dòng)機(jī)；數(shù)學(xué)模型；仿真模型；MATLAB/SimulinkAbstractElectricalmachineryan

2、dsystemJscomputersimulation11isaprofessionalelectricalengineeringandautomationofanimportantsubject,accordingtothebasicstructureofthemotorestablishmentofmathematicalmodelandsimulationmodelisabasicskillstraining.Inthispaper,theselectionofthemostsimplemotor-permanentmagnetDCmotorforthestudy,accordingto

3、hisequivalentcircuitestablishmentofthetransientmathematicalmodel#usingdynamiclibrarymodulesimulationtoolSimulinkfunctionalmodulesinMATLABsoftware,tobuildthesimulationmodel.PermanentmagnetDCmotorisgivenfivebasicsimulationmodel.Throughtheexamplesimulationcomputation,hasconfirmedthemodellingmethodaccur

4、acyandthevalidity.KeywordsPMDCmotor;Mathematicalmodel;Simulationmodel;MATLAB/Simulink0引言”電機(jī)及其系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真"是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門重要課程，掌握這門課程的基本內(nèi)容對(duì)相當(dāng)一5分學(xué)生順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文是非常有幫助的。電機(jī)及其系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真就是根據(jù)電機(jī)及其系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型用特定的計(jì)算機(jī)軟件編寫仿真程序或構(gòu)造仿真模型來進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。目前，"電機(jī)及其系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真”的教學(xué)沒有統(tǒng)編教材，大都用自編教材講授，所用的計(jì)算機(jī)語言基本上都是MATLAB語言。該課程的主要內(nèi)容是講述常規(guī)的交

5、、直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及交、直流傳動(dòng)系統(tǒng)的基本控制方法,建立仿真模型并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。在建立電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的仿真模型時(shí)，電機(jī)的仿真模型大都直接采用Sim/powersystem模塊庫中提供的電機(jī)模型，這些電機(jī)模型通常是建立在理想條件下的，包括常規(guī)的直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、同步電機(jī)以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，對(duì)于這些電機(jī)組成的傳動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行的仿真計(jì)算已經(jīng)足夠了。但是，要考慮非理想條件因素,如電樞反應(yīng)、高次諧波磁場、集膚效應(yīng)、繞組內(nèi)部故障、漏磁路飽和、結(jié)構(gòu)不對(duì)稱等等，電機(jī)模塊庫中的這些電機(jī)模型就不能適用了；另外，電機(jī)模塊庫中暫時(shí)還沒有直線電機(jī)、超聲波電機(jī)、磁懸浮電機(jī)這類特種電機(jī)的模型。對(duì)于這種

6、情況，必須自行建立數(shù)學(xué)模型并用Simulink模塊庫中的功能模塊構(gòu)建仿真模型。根據(jù)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)建立數(shù)學(xué)模型并構(gòu)建仿真模型是一種基本功訓(xùn)練，這對(duì)電氣工程方向類的本科生和研究生顯得尤為必要。本文選擇最簡單的電機(jī)一永磁直流電動(dòng)機(jī)，建立其數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用Simulink模塊庫中的功能模塊構(gòu)建仿真模型,給出了最基本的五種仿真模型，通過實(shí)例計(jì)算，驗(yàn)證了建模方法的正確性和有效性。文中所用建模方法也適用于其他類型的電機(jī)。掌握電機(jī)模型基本建模方法就為將來建立在非理想條件下的更為復(fù)雜的電機(jī)仿真模型打下了堅(jiān)實(shí)的鄲出。1永磁直流電動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型為分析簡單起見假定：電機(jī)磁路不飽?口；不計(jì)電樞反應(yīng)的影響；不計(jì)磁滯、渦

7、流效應(yīng);氣隙磁場均勻分布，各繞組的自感系數(shù)均為常數(shù)。永磁直流電動(dòng)機(jī)接線原理圖及其等效電路如圖1所示。電機(jī)定子磁極為永磁體，電樞繞組在轉(zhuǎn)子上。2永磁直流電動(dòng)機(jī)Simulink仿真模型根據(jù)永磁直流電動(dòng)機(jī)的微分方程式（1）,用SIMULINK功能模塊構(gòu)造出瞬態(tài)仿真模型如圖2標(biāo)根據(jù)狀態(tài)空間形式的方程式（2）,利用Simulink中的State-Space模塊直接構(gòu)造出永磁直流電動(dòng)機(jī)的仿真模型如圖3所示。也可以使用MATLABFunction模塊，編寫M函數(shù)文件程序來構(gòu)造永磁直流電動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)仿真模型。以上五種仿真模型封裝成子系統(tǒng)后都可以作為理想條件下永磁直流電動(dòng)機(jī)的通用仿真模型使用，封裝成子系統(tǒng)后的永磁

8、直流電動(dòng)機(jī)仿真模型見圖703仿真實(shí)例為驗(yàn)證仿真模型的正確性，下面對(duì)Boost直流斬波器供電的永磁直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算。其中，Boost直流斬波器的參數(shù)為：電感L=0.2mH,電容C=10",開關(guān)頻率fc=100000Hz,占空比m=0.5o永磁直流甯動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)見pmdcm的M函數(shù)程序。圖8所示的永磁直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程瞬態(tài)特性反映了永磁直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程的客觀規(guī)律,分別用上述五種仿真模型代入圖7的PMDCmotor中所得仿真曲線完全一致，從而驗(yàn)證了所建立的仿真模型是正確的。4結(jié)束語根據(jù)永磁直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和等效電路建立了連續(xù)系統(tǒng)理想條件下的永磁直流電動(dòng)機(jī)瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型，在MATLABSIMULINK環(huán)境下,構(gòu)建了永磁直流電動(dòng)機(jī)的五種仿真模型。通過實(shí)例仿真計(jì)算，驗(yàn)證了建模方法的正確性和有效性。所介紹的建模方法是建立理想條件下電機(jī)仿真模型的基礎(chǔ)，其中，第一種、第四種、第五種方法是電機(jī)建模的一般方法，適用于理想條件和非理想條件下任何型式的電機(jī)。有時(shí)為了更方便快捷地建立電機(jī)仿真模型，可以將上述方法結(jié)合起來使用。所介紹的建模方法對(duì)電氣工程類的本科畢業(yè)生和研究生J頤利