他励直流电动机的启动与制动的仿真毕业设计论文(编辑修改稿)

他励直流电动机的启动与制动的仿真毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

的程序功能。 （ 2） 既具有结构化的控制语句（如 for 循环， while 循环， break 语句， if 语句和 switch语句 )，又有面向对象的编程特性。 图形功能强大，它既包括对二维和三维数据 可视化，图像处理，绘画制作等高层次的绘画命令，也包括可以修改图形及编制完整图形界面的，低层次的绘画命令。 （ 3） 功能强大的工具箱。 工具可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。 功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互的功能。 而学科性工具箱是专业性比较强的，如优化工具箱，统计工具箱，控制工具箱，小波工具箱，图像处理工具箱，通信工具箱等。 （ 4） 易于扩充。 除内部函数外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可修改源文件和加入自己的文件，他们可以与库函数 一样被调用。 MATLAB 由主包和功能各异的工具箱组成，其基本数据结构是矩阵。 正如其名“矩阵实验室”， MATLAB 起初主要是用来进行矩阵运算的。 经过 MathWorks 公司的不断完善，时至今日， MATLAB 已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强大的大型软件。 MATLAB 提供了一种科学工程计算的高级语言，是进行数据分析算法开发的 开发 环境。 MATLAB7 针对编程环境、代码效率、数据可视化、数学计算、文件 I/O 等方面进行了升级，概括起来有以下几个方面： （ 1）窗体：重新设计的桌面环境，针对多文档界面应用提供 了简便的管理和访问方法；增强数据编辑器和工作空间浏览器的功能；增强了 M 文件编辑器，支持多格式源文件代码分析。 （ 2）编程：支持创嵌套和匿名函数功能，同时增强了模块化注释的功能。 （ 3）数学：支持整数的算术运算和单精度数学类型运算。 （ 4）图形：新的图形窗体界面和图形窗体注释，同时使用了侦测工具，提供了丰富的数据观测手段。 （ 5）接口：新增文件 I/O 函数，使得具有压缩功能的 MAT 文件格式具备了支持快速数据文件 I/O 的能力；支持 COM、 VBS、 SOAP、 FTP 和 Unicode 编码格式。 中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文 9 Simulink 概述 Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。 在该环境中，无需大量书写程序，只需要通过简单的直接的操作，就能够搭建出所需要的系统。 Simulink 具有适用性广、结构和流程清晰、仿真精细、贴近现实、效率高、灵活性高等优点，基于这些优点 Simulink 已经广泛应用到控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。 Simulink 是 MATLAB 中一种可视化的仿真工具，它基于 MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的软件包，被广泛应用在线性 系统、非线性系统、数字控制以及数字信号处理的建模和仿真中。 在本实验中主要应用了它的图形化用户界面进行建模，只需要用鼠标拖拉所需的原件即可完成建模。 与其他的仿真需要的语言和程序相比简便很多， Simulink 拥有全面的库，如信号源、接收器、线性模块、连接器等模块，同时也能自己建立和定义所需的模块，也可以双击模块来修改或者了解相应的细节参数，这样让我们更加深入了解模块与整体模型的相互作用。 在定义一个模型后，就可以进行仿真，使用 scope 显示模块就可以再模拟运行中看到模拟结果，也可以通过改变其中的参数马上看到相应 结果的改变，最后的仿真结果可以放到 MATLAB 工作空间来做后期的处理和可视化。 各模块功能简介 Simulink 内置 模型库包含公共模型库和专业模型库： Simulink 的公共模型库是 Simulink 中最 通用的模型库，它可以应用到不同专业，包括 16个子模块库，例如： （ 1） Commonly Used Blocks(常用模型库 ) 新版本的 Simulink 中，为了方便用户使用，专门将常用的 22种 模块放在了常用模型库中。 这些常用的模型包括输入模块、输出显示模块、连续（离散）系统积分模块、数学运 算模块及信号路由模块等； （ 2） Continuous（连续系统模型库） (3） Discontinuity（不连续环节）等等 Simulink 的专业模型库包括以下模型库： 他励直流电动机的启动与制动的仿真 10 （ 1）航空航天模型库（ Aerospace Blockset） （ 2)控制系统模型库（ Control System Toolbox） 面向控制系统的设计和分析，主要提供线性时不变系统的模块。 (3)数字信号处理模型库（ DSP Blockset） 模块、 DSP 数学函数库、量化器模块、信号管理模块、信号操作模块、统计模块和信号变换模块等。 (4)Simulink 附加 模型库（ Simulink Extras） (5)函数示例模型库 (Sfunction demos)等等 本次课程设计主要用到公共模型库中的下列几个模块： 模块主要用到 Library 库中 Dc Machine、 Dc Voltage Source、 Scope， Series RLC Branch、Voltage Measurement、 Constant 等模块 （ 1） Dc Machine：电力 系统工具箱内直流电仿真模块如下图 4 所示，这一模块仿真他励直流电动机，电枢电路包括电感 aL 和电阻 aR 以及串联的反接电动势 E。 E 与电机 转速 n 成正比式中 Ke 为电压常数，他励直流电动机中 Ke 正比于 励 磁电流fI ，式中 afL 为互感常数 nKeE  （ 18） faf ILKe  （ 19） 电磁扭矩 Te正比于电枢电流 aI ，式中 Kt 为扭矩常数，扭矩常数等于电压常数。 Te 的符号规定： Te0 为发电机模式 ,Te 0 为电动机模式。 aIKtTe  （ 110） 电枢电路和励磁电路由 Power 库中的模块组成，电枢电路位于输入端 A+和输出端 A之间，由 RLC 支路、可控电源以及电流测量模块串接而成。 励磁电路位于输入端 F+和输出端 F之间，由 RLC 支路构成，机械部分通过加载到转子上的净扭矩计算直流电机转速 n。 其中 Tl 是负载转矩输入， m 为测量参数输出， A+为电枢绕组正， F+为励磁绕组正， A为电枢绕组负， F为励磁绕组负。 直流电机的他励连接方式见图 5： 本实验中，从 m端引出的线路有 4 条参数，从上至下的是转速（ n）、电枢电流、励磁电流以及转矩。 中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文 11 （ 2） Dc Voltage Source：直流电压源模块，用于输入稳定的 直流电源负责给直流电机供电。 （ 3） Series RLC Branch： RLC 串联分支模块实现了一个电阻、电感或电容或它们的串联组合。 使用分支类型参数来选择需要的要的分支包括的元素，实现了一个模块多种功能用途，只能作为支路串在电路中，切记不可以作为负载，负载有专门的负责模块，只能作为支路串在电路中，切记不可以作为负载，负载有专门的负责模块。 图 4 Dc Machine 图 5 直流电机的他励连接 图 6 Dc Voltage Source 他励直流电动机的启动与制动的仿真 12 （ 4） Ideal Switch:理想开关 当 g 端为 0 时，开关闭合；反之，开关断开，在本实验中，我们把阶跃信号作为理想开关的控制信号。 （ 5） Constant： 常数模块，可于参数设定中更改数值，得到不同的输入电压 （ 6） Gain:增益模块，起放大作用 图 7 Series RLC Branch 图 8 Ideal Switch 图 9 Constant 中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文 13 （ 7） Scope：输出波形观测模块，用于显示输出波形 ,对输出的参数信号进行波形仿真，并显示出来。 在本实验中，总共有 4 个参 数信号，分别为电枢电压、转速、电枢电流、电磁转矩。 并且示波器中的输出波形也是按照这个顺序显示的。 （ 8） Voltage Measurement：电压测定模块 图 10 Gain 图 11 Scope 图 12 Voltage Measurement 他励直流电动机的启动与制动的仿真 14 第 2 章：他励直流电动机启动方式的仿真与分析 他励直流电动机的启动 他励直流电动机启动时，为保证有足够大的启动转矩及启动时转速不过高，应使磁通为额定值，且励磁回路绝对不允许短路。 电动机转子从静止状态开始转动，转速逐渐上升，最后达到稳定运行状态 的过程称为启动。 电动机在启动过程中，电枢电流 aI 、电磁转矩 emT 、转速 n 都随时间变化，是一个过渡过程。 开始启动的一瞬间，转速等于零，这时的电枢电流称为启动电流，用 stI 表示，对应的电磁转矩称为启 动转矩，用 stT 表示。 一般对直流电动机的启动有如下要求： (1)启动转矩足够大（ lst TT 的电动机才能顺利启动） (2)启动电流 stI 要限制在一定的范围内 (3)启动设备操作方便，启动时间短，运行可靠，成本低廉 他励直流电动机的启动方式 直接启动的概念及原理： 他 励直流电动机启动时 [9]，为了产生较大的启动转矩及不让启动后的转速过高，应该满磁通启动，即励磁电流为额定值，使每极磁通为额定值。 因此启动时励磁回路不能穿有电阻，而且绝对不允许励磁回路出现断路。 他励直流电动机若加额定电压 NU ,且电枢回路不串电阻，即直接启动，正如前面分析，启动的瞬间，由于机械惯性，电动机转速 n 为 0，电枢绕组感应电动势 aE 为 0，启动电流Ns II ，启动转矩 NS TT 。 由于电流过大，使电机出现换向不良，产生火花，甚至正负电刷间产生电弧，烧毁电刷架。 另外，启动转矩过大，还会造成机械撞击，以至于损坏传动机构和生产机械。 因此，除了额定功率在数百瓦下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、电枢电阻 aR 大、转动惯量比较小这些特点可以直接启动外，一般直流电动机都不允中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文 15许直接启动的。 nCE ea  （ 21） aNs RUI （ 22） sntS ICT  （ 23） 为了解决以上的相关问题，下面将分别介绍他励直流电动机其他的四种启动方式： 电枢电路串电阻启动、降压启动、分级启动、软启动。 电枢电路串电阻启动 实际中，串电阻启动由于其启动设备简单、经济、可靠性高，同时可以做到平滑快速的启动，因而得到广泛应用。 但是对于不同类型和规格的直流电动机，对起动电阻的级数要求也不尽相同。 下面是他励直流电动机电枢回路串电阻起启动过程分析： 如图 1(1)所示，当电动机已有磁场时，给电枢 电路加电源电压 U。 触点 KM KM2均断开 ,电枢将串入了电阻值为 21 KK RR  的电阻 ,因此电枢回路总电阻为 21 KKa RRr 。 即启动电流为： 21 KKaS RRr UI  （ 24） 启动电流所对应的起动转矩为 1T。 对应于由电阻所确定的人为机械特性如图 1(2)中的曲线 1 所示。 根据电力拖动系统的基本运动方程式 ： dtdJTLT  （ 25） 式中 T —— 电动机的电磁转矩； 他励直流电动机的启动与制动的仿真 16 TL—— 由负载作用所产生的阻转矩； J —— 电动机的转动惯量； (1) 电路图 (2) 特性图 图 1。