直流电动机的MATLAB仿真
基于Matlab的直流电动机机械曲线仿真
基于Matlab的直流电动机机械曲线仿真1. 引言直流电动机作为一种常见的电动机类型，广泛应用于工业控制、自动化等领域。
为了更好地理解和优化直流电动机的性能，本文档将介绍如何使用Matlab进行直流电动机机械曲线仿真。
2. 理论基础直流电动机的机械特性曲线描述了电动机在不同转矩和转速下的工作状态。
其主要受到电动机的电磁特性、机械负载特性和控制系统的影响。
3. 仿真模型建立为了进行仿真，首先需要建立直流电动机的数学模型。
假设电动机的电磁特性、机械负载特性和控制系统已知的条件下，可以使用以下方程来描述电动机的动态行为：3.1 电动机的电磁特性电磁特性方程描述了电动机中电磁力与电流的关系。
根据洛伦兹力定律，电磁转矩 T 可以表示为：\[ T = \frac{3}{2} \cdot \frac{B \cdot A}{\mu_0} \cdot i \]其中，B 是磁场强度，A 是线圈面积，i 是电流，\(\mu_0\) 是真空磁导率。
3.2 机械负载特性机械负载特性方程描述了电动机转速与负载转矩的关系。
假设负载转矩 T_load 与电动机转速 n 成正比，可以表示为：\[ T_{load} = k \cdot n \]其中，k 是比例常数。
3.3 控制系统控制系统方程描述了电动机输入电流与控制器输出信号的关系。
假设控制器是一个比例积分控制器，其传递函数可以表示为：\[ G(s) = \frac{K_p}{s + K_i} \]其中，K_p 是比例增益，K_i 是积分增益。
4. 仿真步骤4.1 设置仿真参数在Matlab中，首先需要设置仿真参数，包括电动机的电磁特性参数、机械负载特性和控制系统的参数。
4.2 建立数学模型使用Matlab的符号数学工具箱，根据上述方程建立电动机的数学模型。
4.3 设计控制系统使用Matlab的控制系统工具箱，根据给定的传递函数设计比例积分控制器。
4.4 进行仿真使用Matlab的仿真工具箱，进行电动机机械曲线仿真。
直流电动机机械特性曲线Matlab仿真
直流电动机机械特性曲线Matlab仿真1.选题目的与意义与交流电动机相比，直流电动机有良好的调速性能，它的调速范围较广；调速连续平滑；经济性好，设备投资较少，调速损耗较小，经济指标高；调速方法简便，工作可靠。
在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、电缆设备等对线速度一致性要求较高的地方，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械。
直流电动机作为原动机带动各种生产机械工作，想负载输出机械能。
在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。
直流电动机由于具有调速性能好、制动控制便利、启动转矩大的特点而在工业等领域广泛应用。
直流电动机主要分为四种，其中他励直流电动机的应用是最广泛的，故研究他励直流电动机的机械特性便更有一定的指导意义，也是我们选择这个课题的原因。
电动机的机械特性，即电动机的转速n随着转矩T而变化的特性，可表达成 n=f（T）的函数关系。
在特性曲线上，电机的转速与电磁转矩关系是瞬时的，电磁转矩的变化将引起转速瞬时变化。
若能更好地了解电动机的机械特性，就能在合适的场合使用更适合的电动机，同时也能更好把握其机械特性对于启动、调速、制动等方面的应用。
下面我们将通过Matlab软件对他励直流电动机的机械特性进行仿真分析，从而得出一些结论。
2.理论基础他励直流电机电路如下图所示：忽略电机电刷接触压降，可得电枢回路电势平衡方程式：U=Ea+IaRa (2-1) 其中Ra为电枢回路电阻，Ea为主磁场在电枢绕组中的感应电动势，称为电枢反应电势。
在直流电机中，电势是由电枢绕组切割磁感线产生的，根据电磁感应定律有：Ea=CeΦn (2-2) 其中Ce是由电机的结构决定的参数，称为电势常数。
在直流电机中，电磁转矩是由电枢电流和磁场相互作用产生的电磁力形成的，于是有：Te=CTΦIa (2-3) 其中，CT是由电机结构决定的常数，称为电势常数。
3.数学模型选题要求如下：一台他励直流电动机额定数据如：PN=12kW，UN=220V，IN=60A，nN=1500rpm，电枢回路总电阻（含电刷接触电阻）Ra=0.4Ω，采用MATLAB完成下列曲线的绘制：（1）电枢回路外串不同电阻时人工机械特性（2）改变电枢电压时的人工机械特性（3）弱磁调速时的人工机械特性查阅相关资料，得直流电机机械特性表达式：电枢回路所串电阻Rad阻值计算过程如下：当Rad等于零时，得到的直流电机机械特性，称之为直流电机的固有机械特性。
直流调速系统的MATLAB仿真(参考程序)
直流调速系统的MATLAB 仿真一、开环直流速系统的仿真开环直流调速系统的电气原理如图1所示。
直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。
该系统的仿真模型如图2所示。
MU d+I dGTU cE +--UCR图1 开环直流调速系统电气原理图图2 直流开环调速系统的仿真模型为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。
触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为minc cmax9090U U αα︒-=︒-在本模型中取min 30α=︒，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。
在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。
仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =，N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =⋅。
励磁电压f 220V U =，励磁电流f 1.5A I =。
采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。
平波电抗器d 20mH L =。
仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时的电机转速n 、电磁转矩e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。
N 220V U =仿真步骤：1）绘制系统的仿真模型（图2）。
2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压N rec N 2min 2200.3136130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++⨯==≈⨯︒② 电动机参数 励磁电阻：f f f 220146.7()1.5U R I ===Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。
直流电动机开环调速MATLAB系统仿真
东北石油大学MATLAB电气应用训练2013年 3 月 8日MATLAB电气应用训练任务书课程 MATLAB电气应用训练题目直流电动机开环调速系统仿真专业电气信息工程及其自动化姓名赵建学号 110603120121主要内容：采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行设计,选择调节器结构,进行参数的计算和校验；给出系统动态结构图,建立起动、抗负载扰动的MATLAB /SIMULINK 仿真模型。
分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试,使双闭环直流调速系统趋于合理与完善基本要求：1.设计直流电动机开环调速系统2.运用MATLAB软件进行仿真3.通过仿真软件得出波形图参考文献：[1] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统—运动控制系统第3版[M]. 北京：机械工业出版社, 2007.[2] 王兆安, 黄俊. 电力电子技术第4版[M]. 北京：机械工业出版社, 2000.[3] 任彦硕. 自动控制原理[M]. 北京：机械工业出版社, 2006.[4] 洪乃刚. 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]. 北京：机械工业出版社, 2006.完成期限 2013.2.25——2013.3.8指导教师李宏玉任爽2013年 2 月25 日目录1课题背景 (1)2直流电动机开环调速系统仿真的原理 (2)3仿真过程 (5)3.1仿真原理图 (5)3.2仿真结果 (9)4仿真分析 (12)5总结 (13)参考文献 (14)1课题背景直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。
晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。
尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。
但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。
直流电动机机械特性曲线在Matlab中的仿真
直流电动机机械特性曲线在Matlab中的仿真简介直流电动机是一种常见的电动机类型，具有广泛的应用领域。
了解直流电动机的机械特性曲线对于电机的设计和控制非常重要。
在Matlab中进行机械特性曲线的仿真可以帮助我们更好地了解电机的性能。
目标本文档的目标是介绍如何在Matlab中进行直流电动机机械特性曲线的仿真。
我们将使用Matlab的Simulink工具来建立电机模型，并通过对电机的电流和转速进行控制，得到机械特性曲线。
步骤以下是在Matlab中进行直流电动机机械特性曲线仿真的步骤：1. 创建电机模型：使用Simulink工具创建一个直流电动机的模型。
模型中包括电机的电流输入和转速输出。
2. 设置电机参数：根据实际情况设置电机的参数，包括电阻、电感、转矩常数等。
这些参数将影响电机的性能。
3. 设计控制器：设计一个合适的控制器来控制电机的电流和转速。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
4. 运行仿真：设置仿真时间和仿真步长，并运行仿真。
仿真过程中，控制器将根据设定的输入信号来控制电机的行为。
5. 分析结果：分析仿真结果，包括电机的转速、电流和转矩。
根据这些结果可以绘制出电机的机械特性曲线。
注意事项在进行直流电动机机械特性曲线的仿真时，需要注意以下事项：- 确保电机参数的准确性：电机的参数对仿真结果有很大的影响，因此需要准确地设置电机的参数。
- 选择合适的控制器：控制器的选择对于电机的性能和仿真结果至关重要。
需要根据实际需求选择合适的控制器。
- 仿真时间和步长的设置：仿真时间和步长的选择也会对仿真结果产生影响。
需要根据实际情况选择合适的仿真时间和步长。
结论在Matlab中进行直流电动机机械特性曲线的仿真可以帮助我们更好地了解电机的性能。
通过建立电机模型、设置参数、设计控制器和运行仿真，我们可以得到电机的转速、电流和转矩等重要参数，并绘制出机械特性曲线。
这些结果对于电机的设计和控制具有重要意义。
直流调速系统的MATLAB仿真
直流调速系统的MATLAB仿真直流调速系统是一种常见的电动机调速系统，其通过控制电枢电流或者换向电压，实现对电机转速的控制。
MATLAB是一款功能强大的工程软件，可以进行系统的建模仿真和控制算法的开发，因此可以用来进行直流调速系统的MATLAB仿真。
首先，我们需要对直流调速系统进行建模。
直流调速系统的主要组成部分包括电机、电流控制器和运动控制器。
电机是系统的执行器，电流控制器用来控制电机的电流，根据控制电机速度的需求调节电机的电压和电流。
运动控制器用来计算输出控制电压，控制电机的转速。
在MATLAB中，可以使用Simulink工具箱进行系统的建模。
Simulink提供了丰富的电气元件库和控制元件库，方便用户进行系统的搭建。
首先，我们需要在Simulink中搭建直流电机模型，可以使用电感、电阻和后验电动势等元件来描述电机的特性。
然后，可以添加电流控制器和运动控制器，分别用来控制电机的电流和速度。
在仿真过程中，我们可以通过输入电压的变化来模拟用户对电机速度的调节。
可以使用阶跃输入信号来模拟用户的控制输入。
然后，通过对系统进行仿真，观察输出转速的变化，并根据需要对控制算法进行调节。
可以使用MATLAB的绘图工具对输出转速进行可视化，也可以记录仿真过程中的各种参数，方便后续的分析和处理。
当然，在进行直流调速系统的MATLAB仿真时，还可以加入一些其他的因素，如电机负载变化、电机参数变化等。
这些因素会对系统的动态性能和稳态精度产生影响，因此需要在仿真过程中对其进行考虑。
总之，直流调速系统的MATLAB仿真可以帮助我们进行系统的设计和优化。
通过对系统的建模和仿真，以及对仿真结果的分析，可以帮助我们更好地理解和掌握直流调速系统的原理和特性，并且为系统的实际应用提供指导和支持。
他励直流电机MATLAB仿真
一、背景和目的直流电机是人类最早发明的电机。
直流电动机和交流电动机一样是实现电力拖动。
在交流电动机问世之前，直流电力拖动是当时唯一的拖动方式，到了19世纪末期以后，随着交流电动机的研制成功和推广应用，交、直流两种拖动方式便开始并存于各个生产领域中。
直流电机和交流电机相比较，直流电机由于以下几个方面制约了它的发展，直流电机的结构比较复杂、制造麻烦、维护困难、价格较贵制约了它的发展和应用，使得交流电力拖动逐渐成为电力拖动的主流。
但是，直流电机具有良好的启动性能、调速性能和制动性能，使得直流电力拖动在生产领域中仍占有一席之地。
如电力机车、无轨电车、轧钢机、高炉卷扬设备和大型机密机床仍然采用直流电力拖动。
从20世纪80年代中后期起，以晶闸管整流装置取代了以往的直流发电机电动机组及水银整流装置，使直流电气传动完成一次大的跃进。
同时，控制电路也实现了高度集成化、小型化、高可靠性及低成本。
以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大，直流调速技术不断发展。
随着微型计算机、超大规模集成电路、新型电子电力开关器件和新型传感器的出现，以及自动控制理论、电力电子技术、计算机控制技术的深入发展，直流电动机控制也装置不断向前发展。
微机的应用使直流电气传动控制系统趋向于数字化、智能化，极大地推动了电气传动的发展。
近年来，一些先进国家陆续推出并大量使用以微机为控制核心的直流电气传动装置，如西门子公司的SIMOREG K6RA24、ABB公司的PAD/PSD等等。
随着现代化步伐的加快，人们生活水平的不断提高，对自动化的需求也越来越高，直流电动机应用领域也不断扩大。
例如，军事和宇航方面的雷达天线，火炮瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳得跟踪等控制；工业方面的各种加工中心，专用加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械，印刷机械，绕线机，纺织机械，工业缝纫机，泵和压缩机等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器，各种光盘驱动器，绘图仪，扫描仪，打印机，传真机，复印机等设备的控制；音像设备和家用电器中的录音机，录像机，数码相机，洗衣机，冰箱，电扇等的控制。
MATLAB与交直流调速系统仿真
• Matlab软件介绍 • 交直流调速系统概述 • 交直流调速系统的仿真模型 • Matlab在交直流调速系统仿真中的
应用 • Matlab仿真的优化与改进
01
Matlab软件介绍
Matlab的特点与优势
强大的数学计算能力
Matlab提供了丰富的数学函数库，支持各种复杂的数学计算，包括 矩阵运算、统计分析等。
控制系统分析与设计
Matlab提供了多种控制系统分析和设计的 方法，如根轨迹法、频率响应法、状态空间 法等。
02
交直流调速系统概述
交直流调速系统的定义与分类
交直流调速系统的定义
交直流调速系统是指通过调节交流或直流电源的电压、电流等参数，实现对电机 等驱动装置的速度调节的系统。
交直流调速系统的分类
直流电机调速系统的仿真模型
01பைடு நூலகம்
建立直流电机数学 模型
根据直流电机的工作原理，建立 电压、电流、转速等物理量之间 的数学关系。
02
建立控制系统模型
03
仿真模型的验证
根据控制策略和控制电路，建立 控制系统的传递函数或状态方程。
通过实验数据或实际系统运行数 据，对仿真模型的准确性和可靠 性进行验证。
交流电机调速系统的仿真模型
详细描述
通过对仿真结果进行统计分析、性能 指标评估等，可以全面了解各种控制 策略和算法在不同工况下的表现。这 有助于选择最优的控制方案，提高调 速系统的性能和稳定性。
05
Matlab仿真的优化与改进
提高仿真的精度和稳定性
算法改进
采用更精确的数值计算方法，如有限差分法、有限元 法等，以提高仿真精度。
图形可视化
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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与电磁转矩的变
化过程。
她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
直流电动机的MATLAB仿真
定时模块参数设置图
开关模块参数设置图
直流电动机的MATLAB仿真
她励直流电动机直接起动转速—电流关系仿真结果
她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
建立她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、转速与电磁转矩的变化曲
线。
她励直流电动机串起电阻启动仿真模型原理图
直流电动机的MATLAB仿真
她励直流电动机串起电阻仿真
她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。电枢电流与电磁转矩的暂态过程曲
线。
直流电动机的MATLAB仿真
她励直流电动机能耗制动仿真模型原理图
她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与倒拉反接制动。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。电枢电流与电磁转矩的暂态过程曲线。
直流电动机的MATLAB仿真
她励直流电动机电压反向反接制动仿真模型原理图
她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。电枢电流与电磁转矩的暂态过程曲线。
直流电动机的MATLAB仿真
她励直流电动机改变电枢电压调速仿真模型原理图
她励直流电动机改变电枢电压调速仿真结果
直流电动机的MATLAB仿真
她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。
2、学会利用MATLAB图形用户界面设计工具设计一个与整个实验内容
配套的实验工作平台,进一步提高学生编程的能力与技巧。
二、原理
(一)MATLAB简介
MATLAB的名称源自Matrix Laboratory,1984年由美国Mathworks公司
推向市场。它就是一种科学计算软件,专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB
将高性能的数值计算与可视化集成在一起,并提供了大量的内置函数,从而
被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真与设
计工作。
MATLAB在信号处理中的应用主要包括符号运算与数值计算仿真分析。
直流电动机的MATLAB仿真
例如,解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换、z正反变换、函
数波形绘制、函数运算、冲激响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、
信号的频谱分析、零极点图绘制等内容。
MATLAB作为面向科学与工程计算的大型科技应用软件,同样提供了一
个功能强大的用于编写图形用户界面的工具GUI。MATLAB的用户界面对象
分为三类:用户界面控件对象(uicontrol),下拉式菜单对象(uimenu),与内
容式菜单对象(uicontextmenu)。
其中GUI向导提供了十种控件(Control)对象与一个坐标轴(Axes)对
象。它们分别就是:按钮(PushButton)、开关按钮(ToggleButton)、编辑框
(EditText)、弹出式菜单(PopupMenu)、图文框(Frame)、静态文本框
(StaticText)、列表框(Listbox)、复选框(Checkbox)、滑动条(Slide)等,
因此用户在使用的过程需要深入地了解各种图形对象的特征、属性与操作。
本实验利用MATLAB的用户界面对象,设计出以实验内容为依托的操作
简单、功能完备的图形用户界面,为后面的实验仿真提供了有效的基础。
第四章 Matlab程序的设计原则
1、百分号%后面的内容就是程序的注释部分,要善于应用注释使程序更具有
可度性。
2、主程序开头用clear指令清除变量,以清除工作空间中其她变量对程序
运行的影响。但注意子程序中不要用clear。
3、参数值要集中放在程序的开始部分,以便维护,要充分利用matlab工具
箱提供的指令来执行所要进行的运算,在语句之后要输入分号使其及
中间结果不在屏幕上显示,以提高执行速度。
4、input指令可以用来输入一些立功临时的数据;而对于大量的数据,则通
过建立一个存储参数的子程序。在主程序中通过子程序的名称来调用。
直流电动机的MATLAB仿真
5、程序尽量模块化,即采用主程序调用子程序的方法,将所有子程序合并起
来执行全部操作。
6、充分利用Debugger来进行程序的调试(设置断点、单步执行、连续执行),
并用其她工具箱或图形用户界面(GUI)的设计技巧,将设计结果集成在
一起。
7、设置好matlab的工作路径,以便程序运行。
第五章 课程设计心得
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合就是很重要的,只有理
论知识就是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论
中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力与独立思
考的能力。在设计的过程中遇到问题,可以说得就是困难重重,这毕竟第一次
做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不
足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多专业知识问题,最
后在老师的辛勤指导下,终于游逆而解。同时,在老师的身上我们学也到很多
实用的知识,在次我们表示感谢！
直流电动机的MATLAB仿真
第六章 参考文献、
[1] 张森,张正亮,MALTAB仿真技术主导实例运用教程,北京:机械工业出
版,2004、
[2] 胡小强 计算机网络[M] 北京:北京邮电大学出版社2005年1月
[3] 范影乐,杨胜天,MALTAB仿真运用详解。北京:人民邮电出版社,2001
[4] 王兆安,张明勋。电力电子技术设计与运用手册,北京:机械出版
社,2005
[5] 张乃国。电源技术。北京:中国电力出版社,1998、