电机系统建模与分析报告大作业.doc

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1、word1 / 19本科上机大作业报告本科上机大作业报告课程名称：电机系统建模与分析某某：学号：学院：专业：指导教师：提交日期：年 月 日word2 / 19目录目录一、作业目的一、作业目的 2二、作业要求二、作业要求 3三、解题思路三、解题思路 31.数学模型的建立 32.滞环 PWM 的产生 43.电枢电压确实定 44.电枢电流为负值时的处理方法 4法的根本算式 5四、仿真程序四、仿真程序 51.主程序 52.调用程序 8五、仿真结果与其分析五、仿真结果与其分析 91.仿真结果 92.分析计算结果 113.计算结果影响因素 11步长的影响11转动惯量的影响12电感的影响134.改良控制策略

2、以获得更好的转速控制性能PID141.主程序162.调用程序18六、收获与体会六、收获与体会 18一、作业目的一、作业目的1.熟悉永磁直流电动机与其调速系统的建模与仿真；2.熟悉滞环控制的原理与实现方法；3.熟悉 Rungle-Kutta 方法在仿真中的应用。word3 / 19二、作业要求二、作业要求一台永磁直流电动机与其控制系统如如下图。直流电源 Udc=200V；电机永磁励磁f=1Wb, 电枢绕组电阻 Rq、电感 Lq；转子转动惯量 J=0.002kgm2 ；系统阻尼转矩系数B=0.1Nm/(rad/s) ，不带负载；用滞环控制的方法进展限流保护，电流上限 Ih=15A、Il 下限=14

3、A；功率管均为理想开关器件；电机在 t=0 时刻开始运行，并给定阶跃方波转速命令，即，在 0是 80rad/s，在是 120rad/s，在是 80rad/s 如此反复，用滞环控制的方法进展转速调节滞环宽度+/-2rad/s 。用四阶龙格库塔求解电机的电流与转速响应。三、解题思路三、解题思路按电动机原如此取正方向即：整理得状态方程组：word4 / 19000,0qfq qqqf qquR ipiLiBpJi2.滞环滞环 PWM 的产生的产生写一个 PWM 波发生函数，使其具有以下功能：1） 周期 T、占空比 t 可调2） 输入一个时刻值 t，可输出对应时刻下输出电压值高电平/低电平设置一个电流

4、限制标识变量：当电枢电流小于电流下限值时，该变量置 1开通 ；当电枢电流大于电流上限值时，该变量置 0关断 ；当电枢电流在上下限之间时，该变量保持原值不变。对上述电流限制标识变量和 PWM 波输出做“与运算，通过判断对 Uq 赋值：如果“与结果为 1，如此 Uq 的值为 Udc；如果“与结果为 0，如此 Uq 的值为 0。在滞环控制中，当转速从 120r/min 下降到 80r/min 时，由于电机自身转动惯量 J 的影响，即使 uq 为 0，转速下降还是需要一段时间，而电枢电流就有可能在这段时间能掉到负值。而通过实际电路分析可以发现，当电流反向时，并没有实际的通路，故电枢电流值不可能为负，在

5、迭代求解时需要改变电机状态方程组，即电枢电流 iq 的值置为 0，uq 置为电机两端感应电势。word5 / 19电枢电流出现了负数的情况,而根据理论分析,由于续流二极管的存在,电枢电流是不可能反向流动的,故现在的仿真程序是需要调整的。当功率管断开时,通过电机的电流不断减小,当电流等于零时,此时可以看作电机两端断开,由于没有了电流,此时电机上的电压就是电机的旋转电势,故在仿真中,出现 iq=0 时,就直接把 iq 赋零。5.Rungle-Kutta 法的根本算式法的根本算式对于微分方程组四、仿真程序四、仿真程序% Square wave generator -just for persipic

6、uous visialization.FS=10000; % sampling ratet=0:1/FS:0.6;p=20*(-square(t*5*pi,50)+100; % square wave controllerplot(t,p);hold on% Main code -only one period from 00.4s deserve improving!t1=0.2;t2=0.4;t3=0.6;h=0.0001;Udc=200;Ff=1;fi=1;B=0.1;J=0.002;Rq=0.5;Lq=0.05;vb(1)=80;vb(2)=120;word6 / 19i=1;resi

7、d=0.00002;pwm_i=1;pwm_w=1;Uq(1)=Udc;w(1)=0;iq(1)=0;pwm(1)=1;con_flag=0;forif limit_flag =1;elseif limit_flag =2;else limit_flag=1;end% if con_flag=1;end% % if (iqvb(limit_flag)+resid) pwm_w=0;endif(iq(i)15) pwm_i=0;end pwm(i)=pwm_i*pwm_w;% if(iq(i)14 & pwm_i=1 & pwm_w=0)% pwm(i)=1;% endword7 / 19els

8、eif(pwm(i)=0) iq(i+1),w(i+1)=rungeoff(iq(i),w(i),Lq); plot(t1,iq(i+1),t1,w(i+1);hold on i=i+1; if(w(i)vb(limit_flag)-resid) pwm_w=1;endif(iq(i)14) pwm_i=1;end pwm(i)=pwm_i*pwm_w;% if(iq(i)14 & pwm_i=1 & pwm_w=0)% pwm(i)=1;% end% if(iq(i)=0)% iq(i)=0;% Udc=w(i)*Ff;% else% Udc=pwm(i)*200;% end% if(iq(

9、i)peri% count1=count1+1;% if(mod(count1,2)=1)% pwm=1;% else% pwm=0;% end% temp1=0;% end% plot(i*h,velocity);hold on Udc=Tau*200; iq(i+1),w(i+1)=runge(iq(i),w(i),Udc,h);% plot(i*h,iq(i+1),i*h,w(i+1);hold on Tau = Tau + Kp*(e(3)-e(2) + Ki*e(3)+ Kd*(e(3)+e(1)-2*e(2);if Tau 1 Tau=1;elseif Tau0 Tau=0;end

10、 e(1)=e(2); e(2)=e(3); e(3)=velocity-w(i+1);% if(e(3)-2)% e(3)=0;% end% if(iq(i+1)15) iq(i+1)=15;elseif(iq(i+1)0) iq(i+1)=0;word18 / 19endif i=tail-1 disp(sprintf(The final steady error is : %2.1f .n,e(3);endendnum=1:tail+1;plot(h*num,w,LineWidth,2);hold onplot(h*num,iq,r);set(gca,FontName,Helonia,F

11、ontSize,10,FontWeight,bold);xlim(0,h*tail);xlabel(T/s);ylabel(I/A(V/(red/s);title(PID);function iq,w=runge(iq0,w0,Udc,h)w(1)=w0;iq(1)=iq0;k1=f1(w(1),iq0,Udc);a1=iq(1)+h*k1/2;k2=f1(w(1)+0.5*h,a1,Udc);a2=iq(1)+h*k2/2;k3=f1(w(1)+0.5*h,a2,Udc);a3=iq(1)+h*k3;k4=f1(w(1)+h,a3,Udc);k=(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;iq=

12、iq(1)+h*k;k11=pw(iq,w(1);a11=w(1)+h*k11/2;k22=pw(iq+0.5*h,a11);a22=w(1)+h*k22/2;k33=pw(iq+0.5*h,a22);a33=w(1)+h*k33;k44=pw(iq+h,a33);k=(k11+2*k22+2*k33+k44)/6;w=w(1)+h*k;function y=pw(a,c)fi=1;B=0.1;J=0.002;y=(fi*a-B*c)/J;function y=f1(w,iq,Udc)fi=1;Rq=0.5;Lq=0.05;y=(Udc-w*fi-Rq*iq)/Lq; 六、收获与体会六、收获与

13、体会通过本次电机建模作业，熟悉永磁直流电动机与其调速系统的建模word19 / 19与仿真，同时也熟悉熟悉滞环控制的原理与实现方法和 Rungle-Kutta 方法在仿真中的应用。这次实验过程中，对于 matlab 软件要求较高，对于很多 matlab 语言有更多的理解。对于电机建模过程中的矩阵运算，微分方程组的求解都有很大的提高。建模过程中，开始遇到最难的问题是将龙哥库塔法，准确的应用微分方程组中，其中矩阵方程的建立起到十分重要的作用。通过这次实验，更多的熟悉了直流电动机的性能，对于电机调速，电枢电流大小的电机各方面性能有了更加清楚的了解。这次实验虽然题目比拟简单，但是涉与的知识面丰富，还需要在以后应用过程中慢慢体会。由于初次接触到软件建模，所以建模过程中有很多细节都参加到同学讨论之中，对于电机方面，软件方面的理解都在沟通中提升，所以总的来说这次建模十分有意义。