2017机电动力系统仿真与分析
基于Cruise 电动车整车性能参数匹配及仿真分析
基于Cruise 电动车整车性能参数匹配及仿真分析冯红晶【摘要】The power matching of the electric motor,battery and transmission ratio is designed according to the vehicle parameters and the vehicle performance indicators.The vehicle simulation model,the electric motor and the battery model were built for analyzing the power performance and the economy performance based on the Cruise simulation software.Results show that the maximum velocity,the acceleration time of the 0-75m and the 0-80km/h,and the driving range act well with the design stly,real vehicle test about the power performance and the economy performance were carried out on the car and the results were basically consistent with the simulation results.This further demonstrated the validity of the power system design based on Cruise simulation software.%根据整车参数和整车性能指标对电动车的电机、电池以及传动比进行动力匹配设计,利用Cruise仿真软件建立整车模型、电机以及电池模型,对其动力性和经济性进行仿真分析.由仿真结果可知,最高车速、0～75 m加速时间、0～ 80 km/h加速时间以及续驶里程均符合初步设计要求.对电动车的动力性及经济性进行道路试验,对比道路试验与仿真分析的结果,发现道路试验所测数据与仿真结果基本符合,验证了基于Cruise的整车性能参数匹配的合理性和所建模型的准确性.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)003【总页数】7页(P16-22)【关键词】电动车;动力匹配;整车模型;仿真分析;动力性;经济性;道路试验【作者】冯红晶【作者单位】北京新能源汽车股份有限公司,北京102606【正文语种】中文【中图分类】U462.3+1;U462.3+4电动汽车(EV)是21世纪清洁、高效和可持续发展的交通工具，是一种电力驱动的道路交通工具。
机电系统中的多物理场耦合与仿真分析研究
机电系统中的多物理场耦合与仿真分析研究摘要：机电系统在现代工业中应用广泛，其动态行为和多物理场耦合对系统的性能和稳定性产生重要影响。
因此，开展机电系统的动态行为和多物理场耦合的研究具有重要的理论和应用价值。
本文以机电系统的动态行为和多物理场耦合仿真分析为主要研究内容，旨在探讨机电系统在设计、分析和控制中的关键问题，并结合实例分析进行深入探讨。
关键词：机电系统；多物理场耦合；仿真分析前言首先介绍机电系统的基本组成、运动学分析和动力学分析，然后阐述机电系统的控制技术和仿真分析技术，最后重点探讨机电系统中的多物理场耦合仿真分析技术和相关实例，为进一步研究和应用机电系统提供指导和借鉴。
一、机电系统中的多物理场耦合1.1多物理场耦合的定义和特点多物理场耦合是指多个物理场在相互作用的情况下产生的耦合效应。
在实际的机电系统中，不同的物理场之间往往是相互耦合的，例如结构-热耦合、结构-电磁耦合、结构-流体耦合、结构-声学耦合等。
多物理场耦合分析可以更准确地预测系统的行为，对于机电系统的设计和优化具有重要意义。
1.2机电系统中的多物理场耦合（1）结构-热耦合机械结构在热载荷下的变形和热应力分析是结构-热耦合分析的重点。
例如，汽车引擎的缸体在高温环境下会出现膨胀和热应力，因此需要进行结构-热耦合分析，以保证其可靠性和性能。
（2）结构-电磁耦合在机电系统中，电磁场与机械结构之间的相互作用可能会引起结构振动和噪声等问题。
例如，电动汽车的电机振动和噪声问题就与结构-电磁耦合密切相关，需要进行多物理场耦合分析来解决。
（3）结构-流体耦合在涉及流体的机电系统中，流体与机械结构之间的相互作用也是一个重要的多物理场耦合问题。
例如，风力发电机的旋转叶片受到气动载荷的作用，需要进行结构-流体耦合分析来预测其振动和疲劳寿命等。
（4）结构-声学耦合机械结构在声波作用下的响应也是一个重要的多物理场耦合问题。
例如，航空发动机的噪声问题需要进行结构-声学耦合分析，以降低噪声水平并提高发动机性能。
智能机器人仿真系统设计分析
综合理论课程教育研究278学法教法研究智能机器人仿真系统设计分析郑秀丽1 王 辉2（浙江工贸职业技术学院 浙江 温州 325000）随着遥测技术以及虚拟仪器的日趋成熟，智能机器人的发展也越来越完善。
目前，机器人的科技水平越来越高，而且也越来越广泛的应用到人们的日常生产和生活当中，因此人们对于智能机器人的要求也越来越高，尤其是其仿真性。
从现状来看，在进行智能机器人的仿真系统构建时，仍然存在一些不完善的地方。
机器人的仿真仍然是构建数学模型及形式化仿真，而对机器人运动控制的动态和静态特性尚无法准确把握。
为了有效改善这一缺陷，本文将对智能机器人的仿真系统设计提出新的思路，以期可以使智能机器人的仿真性能够得到更好的实现。
一、系统构成仿真系统是由多个部分组成的，其中包括主控制界面、仿真界面、人工控制和智能控制模块及障碍检测系统等部分。
而人工控制和智能控制模块是其设计的重点。
在系统当中，障碍检测功能是必不可少的一项功能，障碍检测所提供的数据会被作为机器人下一步行动的重要依据。
而当人工控制模式运行时，障碍检测功能虽然也会进行，但不会影响机器人的行动，这主要是为了将数据更加清晰的提供给控制者。
主控制界面和仿真界面是分开的，这样不但可以更加有利于机器人的控制，也能够使外观更加的美化。
系统组成框图二、Robotics机器人工具包Lab VIEW Robotics是机器人开发的工具包，以Lab VIEW 为基础。
Lab VIEW Robotics主要的作用是驱动机器人的执行器与传感器，同时有利于更加复杂的导航。
在Lab VIEW中，控制算法的设计对于软件开发环境的要求是较低的。
仿真系统的驱动程序由红外遥感、激光雷达、GPS系统等内容构成。
一般来说，常见的结构体系为“感知—思考——行动”，Lab VIEW的数据流特性适用于机器人设计。
在系统当中，传感器可以被看作是其核心部分之一，可以使机器人进行环境的优化设计，进而通过决定性算法，从而控制机器人的行为。
电力系统继电保护及仿真说明书
青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：电力系统继电保护及仿真系部：机电工程系专业班级：学号：学生：指导老师：青岛理工大学琴岛学院教务处2017年11月20日目录1引言 (1)1.1故障概述 (1)1.2故障类型 (1)2电力系统模型 (2)3电力系统仿真模型的建立与分析 (3)3.1电力系统仿真模型 (3)3.2仿真参数设置 (4)3.3仿真结果分析 (4)结论 (12)致谢 (13)参考文献 (14)1 引言1.1故障概述短路是电力系统的严重故障。
所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生系统通路的情况。
电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。
其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。
例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。
大容量电力系统中，短路电流可达数万安。
这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。
供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。
1.2故障类型三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。
其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。
在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％。
在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。
为了保证电力系统运行的功能和质量，在设计、分析和研究时必须保证系统的静态和动态特性。
现代电力系统是一个超高压、大容量和跨区域的巨大的联合系统，电力系统事故具有突发性强、维持时间短、复杂程度高、破坏力大的特点，因而使得事后对故障原因分析、查找变得尤其困难。
基于虚拟原型的机电一体化建模与仿真技术分析
基于虚拟原型的机电一体化建模与仿真技术分析申运【摘要】With the development of virtual technology in China,it is more widely used in all walks of life,especially the virtual prototype technology can improve the product performance and improve the design effect.This paper analyzes the principle of virtual prototyping technology and the integration of electromechanical modeling and simulation technology,and hopes to promote the development of science and technology.%随着我国虚拟技术的发展,它在各行各业中的应用更加广泛,尤其是虚拟原型技术能够更好地完善产品性能,提高设计效果.文章分析了虚拟原型技术的原理及机电一体化建模和仿真技术,期望更好的促进科学技术的发展.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】2页(P13-14)【关键词】虚拟原型;机电一体化;建模;仿真【作者】申运【作者单位】湖南潇湘技师学院,湖南永州,425000【正文语种】中文现代产品的研发和设计流程需要多个团队和学科领域相互协同，如何高效的实现产品设计，协调好各个子系统设计团队的工作和信息共享，提高产品设计效果，降低产品设计成本，缩短产品设计周期，值得思考。
基于虚拟原型技术的机电一体化设计，包括建模和仿真两个过程，伴随着现代设计制造业的发展而迅速发展。
通过该技术可以将电子、控制、软件、液压等多个不同学科领域的模型，组合得到一个更加完整的仿真模型，并获得最佳的设计方案。
船舶动力系统仿真模型综述
Dynamical Systems and Control 动力系统与控制, 2017, 6(3), 91-97 Published Online July 2017 in Hans. /journal/dsc https:///10.12677/dsc.2017.63012文章引用: 杨叔华, 梁前超, 焦宇飞. 船舶动力系统仿真模型综述[J]. 动力系统与控制, 2017, 6(3): 91-97.A Summary of Simulation Model in Ship’s Power SystemShuhua Yang 1,2, Qianchao Liang 1, Yufei Jiao 21Naval University of Engineering, Wuhan Hubei 2The Equipment Department of Naval, Ningbo ZhejiangReceived: Apr. 2nd , 2017; accepted: May 15th , 2017; published: May 18th , 2017Abstract In this paper, the simulation model of ship’s power system is studied. And the complexity of simu-lation design in ship’s power system is discussed. A simulation model of the ship’s power systeminclude the model of a turbocharged diesel engine, gas turbine, combined power system and the application in ship’s equipment. KeywordsDiesel Engine, Gas Turbine, Simulation Model船舶动力系统仿真模型综述杨叔华1,2，梁前超1，焦宇飞21海军工程大学，湖北 武汉 2浙江宁波某装备部，浙江 宁波收稿日期：2017年4月2日；录用日期：2017年5月15日；发布日期：2017年5月18日摘 要本文研究了各种船舶动力系统仿真模型问题，讨论了船舶动力装置系统仿真设计的复杂性。
纯电动客车动力性匹配计算与仿真
纯电动客车动力性匹配计算与仿真田国富;马书新;高峰【摘要】The matching calculation of power performance for an electric bus is conducted.The overall layout and parameters of the bus are introduced,and the mathematical model of power assembly is established.The rational selection and matching calculation of motors are conducted, and the simulation of motors is conducted byMATLAB/Simulink.The results of calculation and simulation meet prospective requirements.%为实现纯电动客车的动力性匹配计算,介绍了电动客车整体布局和参数,并建立了动力总成数学模型.对电机进行了合理的选择和匹配计算,用MATLAB/Simulink模块对客车动力性能进行仿真.计算和仿真结果满足预期要求.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】3页(P84-85,88)【关键词】纯电动客车;动力性;匹配计算;仿真【作者】田国富;马书新;高峰【作者单位】沈阳工业大学机械工程学院,辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学机械工程学院,辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学机械工程学院,辽宁沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】U461.2环境污染和能源危机目前正备受关注，发展电动汽车是缓解两大问题的有效途径[1]。
随着国家对研制电动汽车投资补贴的力度加大，各高校企业对电动汽车的研制也逐步增加。
而制约电动汽车发展的主要因素是动力系统问题，也就是其续驶能力，所以，研究分析电动汽车的动力性能十分重要。
过搓板路仿真与试验差异的主要因素分析
过搓板路仿真与试验差异的主要因素分析叶锦文;杨蔓;段守焱【摘要】对比仿真与试验转向节轮心处受力在时域及频率的差异,以试验数据为基准分析衬套刚度、阻尼,动力总成系统,减振器阻尼及悬架KC特性等主要因素对仿真准确性的影响,然后改进模型并进行仿真分析,仿真结果与试验结果高度吻合,表明模型准确、可信.【期刊名称】《客车技术与研究》【年(卷),期】2017(039)005【总页数】5页(P52-56)【关键词】搓板路;频域;时域;衬套刚度;阻尼;ADAMS【作者】叶锦文;杨蔓;段守焱【作者单位】广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州510640;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州510640;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州510640【正文语种】中文【中图分类】U467.1+4为了获得与实际相近的仿真结果，车辆动力学模型需要与试验对标。
如果仿真与试验测试非常接近，则认为模型有很高的精准度，能反映实际车辆特性，模型能用于分析其他工况[1]。
搓板路的路面特征简单、有规律，容易建模，且路面激励的频率分布较广，是分析仿真与试验相关性的良好路面。
如果过搓板路仿真与试验相关性高，意味着模型车辆对路面激励的响应在很宽的频域范围内是准确的。
模型可用于其他特征路面的分析。
车辆是一个复杂的系统，影响整车仿真准确性的因素有很多。
车辆不同位置对标的难易程度差别很大。
通常轮心处转向节的载荷是必要的标定点。
因为车辆激励的主要来源是路面，路面激励经过轮胎的减振传递至转向节，然后经过悬架等复杂的系统作用于车身。
只有转向节的载荷与试验相符，车辆其他位置的对标才有意义。
此外，轮心处转向节的载荷是车辆试验验证的必要的测量项目之一。
转向节的载荷容易获取，有专用测试设备且精度较高。
因此，与其他位置相比，转向节的载荷标定也相对简单、方便。
在车辆设计后期，车辆通常会在试验场采集道路载荷谱用于分析、验证零部件的强度、耐久等性能。
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华中科技大学研究生课程考试答题本
考生姓名
考生学号
系、年级
类别
考试科目机电动力系统仿真分析
考试日期 2017 年 6 月
华中科技大学电气学院博士研究生课程
《机电动力系统仿真分析》试题
1.双馈感应发电机，定子接∞电网(
U、f保持恒定)，转子由理想正弦波VVVF
s
电源供电。
设电机参数及控制方式同【例4.2】，试仿真分析：
输出功率
P由1.5kw→1.8kw→1.5kw的动态调节过程（cosϕ、s保持为额定值）；
1
功率因数cosϕ由0.9→1.0→0.9的动态调节过程（
P、s保持为额定值）；
1
转差率s由0.05→0.10→0.05的动态调节过程（
P、cosϕ保持为额定值）；
1
结果讨论（建议结合一组具有不同控制精度或P参数的仿真结果进行）。
解：
1.仿真模型建立
根据书P228页数学模型编写S-function，建立仿真模型如下，改变Power、PF、wr的模块即可仿真三个动态调节过程。
图1-1（a）
2. 仿真结果
（1）改变Power及Power2模块，在2s时功率由1500W跳变至1800W，在4s时重新变为1500W。
仿真结果如下，数据分别为Udr,Uqr,ids,iqs,idr,iqr,wr 以及Te：
图1-2
P由1.5kw→1.8kw→1.5kw的动态调节过程
1
（cos 、s保持为额定值）
（2）改变PF及PF2模块，在2s时功率因数由0.9跳变至1.0，在4s时重新变为0.9。
仿真结果如下，数据分别为Udr,Uqr,ids,iqs,idr,iqr,wr以及Te：
图1-4 cos 由0.9→1.0→0.9的动态调节过程
（1P 、s 保持为额定值）
（3）改变wr 及wr2模块，在2s 时转差率由0.05跳变至0.1，在4s 时重新变为0.05。
仿真结果如下，数据分别为Udr,Uqr,ids,iqs,idr,iqr,wr 以及Te ：
图1-6 s 由0.05→0.1→0.05的动态调节过程
（1P 、cos 保持为额定值）
（4）结果讨论：
以转差率的动态响应为例来分析P 参数对系统动态及稳态性能的影响。
如图为
P=5,20以及50时转速响应的调节图：
上图分别为P=10、P=20、P=50的仿真结果，从上述3个图的比较可以看出，P越大，动态调节和跟踪控制时间越短，超调量越大；这是因为P控制对系统的影响主要反映在系统的稳态误差和稳定性上，增大比例系数可提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差，从而提高系统的控制精度。
但是也不能说越大越好，P过大会造成系统不稳定，所以在系统校正和设计上也要结合其他控制参数以达到最优效果。
参考论文：Speed Control of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Drive for the Flux Weakening Operation , Jang-Mok Kim ,Seung-Ki Sul ,TIE.
1.仿真过程及结果
文章研究了内嵌式永磁同步电机高速时的弱磁控制。
高速时由于反电势升高，超过逆变器电压容量，采用补偿负d轴电流的方法抑制电压使其不超容量，文章提出控制系统的理论和模型，并做了仿真分析。
本人依据论文，使用matlab 软件对其仿真结果进行仿真再现。
电机参数：
P N =900W U
N
=220V Pole=4 ω
N
=1700rpm Rs=4.3Ωψ
f
=0.272Wb L
ds
=27mH
L
qs
=67mH
Vdc=300V I
N =3A I
s max
=2I
N
J=0.000179Kg·m2
图1 IPMSM控制框图
图2 系仿真统
图3 仿真结果
0.05s给定目标转速4000 rpm，空载运行。
从仿真结果可以看出，系统快速响应并稳定到4000rpm，dq电流响应快速，迅速稳定，且d轴补偿电流在转速约3000 rpm时出现负值，说明此时逆变器电压容量已经不足，由vs也可以证实。
由速度换PI得出的Is通过以下公式的到dq轴的指令电流
将输入逆变器的指令电压与逆变器电压容量比较，通过PI调节的到d轴补偿电流，d轴指令电流与补偿电流相加得到最后的指令电流id，根据电流极限圆计算得到q轴指令电流iq。
id和iq通过电流调节器得到指令电压输入逆变器得到三相电压输入电机。
图4 速度调节器
图5 弱磁调节器
图6 电流调节器
2.评述
该文章采用的数学模型建立在常见的dq0坐标系下，有助于理解，整个系统有转速环，电流环，以及弱磁电流环。
该文章提出的弱磁算法采用指令电压与电压容量比较得到d轴补偿电流，直接有效，q轴指令电流由电流极限圆得到，保证最大的转矩输出，提高电机的加速能力。
从仿真来看，结果证实了该算法的有
效性和可行性，电流转矩响应快速，转速快速平滑上升，弱磁状态稳定。
该算法不需要外加其他硬件以及电机参数，实施简单有效。
感谢语
首先感谢辜承林老师以亲切和蔼的形象为我们上本次机电动力系统分析课程。
老师以严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深的感染和激励着我。
虽然我们的课程只有短短的几周，但老师在教授课本知识的同时，更为传输给我们电机体系的概念，以一个博士研究生的要求指导我们，给予我们思想上的只是。
授人予鱼不如授人予渔，辜老师正是一位指导我们科研态度的好老师。
在此谨向温老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
接着我要感谢杨帆学长和各位一起上课的同学。
机电动力系统分析并不是我的研究内容，对于MATLAB，控制方面的许多知识都有很大的欠缺。
但是在师兄的指导下，在与各位同学的交流中，我逐步了解到整个系统仿真的过程。
在利用MATLAB仿真电机动态变化的学习过程中，不仅让我对电机的模型有了更深入直观的了解，也对动态变化有了进一步的学习。
对我未来电机设计有着积极的作用和影响。
本次作业过程中通过学习机电动力系统动态过程，认真了解了每一步过程的演算以及对系统仿真的作用，我受益匪浅。
最后，再一次感谢在机电动力系统仿真分析课上遇到的老师、学长与同学！
2017年6月26日星期一。