电机建模大作业.docx

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1、沏、噂本科上机大作业报告课程名称：电机系统建模与分析姓名:学号：学院：电气工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师：提交日期:一、作业目的1 .熟悉永磁直流电动机及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Rung1e-Kutta方法在仿真中的应用。二、作业要求一台永磁直流电动机及其控制系统如下图所示。直流电源Udc=200V;电机永磁励磁vPf=IWb,电枢绕组电阻Rq=0.5ohm电感1q=O.O5H;转子转动惯量J=0.002kgm2：系统阻尼转矩系数B=0.1Nm（rads）,不带负载；用滞环控制的方法进行限流保护，电流上限Ih=15A、下限二14A；功率管

2、均为理想开关器件;电机在I=O时刻开始运行,并给定阶跃（方波）转速命令，即，在00.2s是80rads,在0.20.4s是120rads,在0.40.6s是80rads如此反复，用滞环控制的方法进行转速调节（滞环宽度+/-2rads）用四阶龙格一库塔求解电机的电流与转速响应。三、解题思路1 .数学模型根据一般化电机模型，可以将本题简化为下图所示模型,Wq=PWq+Rqiq=1qPiq+C0f+Rqiq结合机械状态方程TC=TnTe=WdiQ-W3=甲JQ根据题意有%=T1=JpT1=O（题设条件为空载）于是得：jq=B+JpPiq=整理式得到方程组p=于是问题就转化成一定条件下四阶龙格一库塔求

3、解微分方程组的问题。2 .PWM滞环的产生电流小于下限i1时，功率管应开启，即Uq=Udc,PWM1=I;电流大于上限ih时，功率管应关断，即Uq=O,PWM1=O;当iq处于电流设定范围之内，PWM1维持原先的状态不变。相应地，当转速W低于设定转速.滞环宽度，PWM2=1;当转速W高于设定转速+滞环宽度，PWM2=1;当转速W处于设定的滞环宽度之内时，PWM2维持之前的状态不变；综合两种滞环控制效果，PWM=PWM1*PWM2o3 .电枢电压的确定当Iq不为负时，Uq=PWM*Udc；当Iq小于零时，Uq=w*f=w;4 .Rung1e-Kutta法的基本算式将所求区间0,T按步长h进行分割

4、，根据第二步判断UdC后，若已知ti时刻的Xi,然后通过下面的方法计算3U时刻的Xi:*,讨=X1h.KK=(,1+2K2+24+4j6K=fit.,x.)K2=f(ti+yv(xi+A/2,1)=(+2)t(f.+2K1)4=Ar+172,(A-.+A2,2)KA=+,3)5.电枢电流为零或负值时的处理方法当电枢电流负值时，直接令其为0。四、仿真程序%已知条件Udc=200;faif=1：Rq=O.5:1q=O.05:J=O.002;B=0.1;Ih=1511=14;w1=80;w2=120:%设置步长T=Iih=O.0001;%定义矩陈，将方程组以矩降的形式表示A=-Rq1q,-faif/

5、1q;faifJ,-B/J;多变更初始化Iq=O:w=0:X=Iq;w;t=0;PWMk=O:rk=f;tk=0;Iqk=0;Uqk=O;fort=0:h:T)%确定该时刻对应的转速ifaod(fIoor(5*t),2)=1w3=v1;e1sev3=2:end%用带环控制的方法进行限流保护ifIqIhPWM1=O:end%用常环控制的方法进行转速调节ifwv3+2PIM2=0:end%PWM奈坏的产生PIM=PWM1*PWM2;%确定电枢电压Uq=Udc*PIM;%利用四阶龙格-库塔方法求解B=Uq/1q;O;K1=A*x+B:K2=A*(x+h2*K1)+B;K3=A*(x+h2*K2)+B

6、:K4=A*(x+h*K3)+B:K=(K1+2*K2+2*K3+K4)6:x=x+h*K:%得到计算结果，并将其用矩阵格式来表示Iq=x(D：w=x(2);tk=tkt;Iqk=IqkIq：wk=wk.PIMk=PWKkPWM;UQk=UqkUq;end%画图figure;subp1ot(2,1,1);p1ot(tk,Iqk,-b,)Itit1eCIq,);x1abe1Cts,)y1abe1(,iqA,):gridon;ho1don;subp1ot(2,1,2):PIot(tk,-r,)W,);x1abe1Ct/sJ):y1abe1Cw/(rads),);gridon：ho1don;subp

7、1ot(2,1,1):p1ot(tk,20*PWMkj,-y):subp1ot(2,I,2):p1ot(tk,Uqk,-y,);五、仿真结果及其分析1 .仿真结果运行程序，仿真结果如下：电流出现负值，分情况讨论：当PwM=I时，功率管导通，若发电机电势大于电源电压，允许iqO,此时Uq=UdC*PWM；当PWM=O时，功率管关断，若发电机电势大于电源电压时，允许iq0,此时Uq=Udc,若发电机电势小于电源电压，此时电枢电流只能通过续流二极管续流，则Iq=O,Uq=w*+f;修改程序：在程序中加入如下语句if(Iq06w*faifO%转速增加ifcwh500PWM2=0:ende1seifcv

8、500PWM2=1;endendend并修改程序：ifwv3+wcPIM2=0:endift60w80PWM2=0:endend程序运行结果如图：可以看到转速能够稳定于转速滞环宽度内，除了从w=120rads过渡到w=80rads的初始时刻存在小波动，整个时间段近似恒等于转速滞环上限。修改后程序如下：%已知条件Udc=200faf=1:Rq=O.5;1q=O-05:J=O.0002B=0.1;Ih=15:I1=14;v1=80:v2=120:%设置步长T=1：h=O.0001:%定义矩峰将方程组以矩防的形式表示A=I-RqZ1-faif/1q;faif/J,-B/J:%变更初始化Iq=O:w=

9、0:X=Iq:w;t=O:PIMk=O;vk=:tk=(O;Iqk=(O;Uqk=O;VQ=0.Z1for(t=O:h:I)%确定该时刻对应的转速ifBod(f1oor(5t),2)=1v3=w1:e1sev3=w2;end%用带环控制的方法进行限流保护ifIqIhPWM1=O.end出用克环控制的方法遂行转遗调书ifvv3-wcP1M2=1;e1sefPIM2=0.endift0.2if60Uv80PIM2=0:endend%PW病好的产生PW=PWBPIM2、确定电岖电叵U4:K2=A*(xH2*K1)铝:K3=A*(xH2I2)B;K4=A*(xhI3)B:K=O，转潼增加ifcvh50

10、0PM2=O.ende1seifcvSOOPIM2=1:endendend得到计算结果并符其用矩陈格式耒表示Iq=x(1):W=X(2);wq=w.if(IqOftv*faifUdc)IqO.Uq=faf:endtk=(tkt;Iqk=Iqk1q.=Wv;PVMk=PWXkPTO;UqJc=UqkUq.endXffifigure.subp1ot(2j1,1):p1ot(tk,Iqk/-b*)Iq*):x1abe1ts*)zy1ab1(,WK):Cridon;ho1don;subp1ot(2,1,2).p1ot(tk,wk-k)itit1eC).x1abe1Cts*)y1abe1(*v(rads

11、)*).frdon:ho1don;Xsubp1ot(2,1,Dip1ot(tk,20*PWk,-):S1subp1ot(2,b2);p1ot(tk,Uqk/-/).4.通过此次上机大作业有何收获与体会？通过本次实验，我学会了用mat1ab进行电机的建模与仿真，了解了PWM滞环产生的机理，熟悉了滞环控制的原理以及方法，掌握了如何利用Rung1e-Kutta方法解微分方程组，此外，对于永磁直流电动机及其调速系统也有了更深刻的理解。虽然一开始做的时候，有点没有头绪，但是通过慢慢的理解与尝试，一步步地完成了仿真程序。用mat1ab编写程序的过程中，除了要理解题目的算法以及Rung1e-Kutta方法解微分方程组的步骤外，还要注意程序编写的要点，有时候，一个小错误比如标点符号的不正确，也会导致程序出错，而且很难查出来，一个个排查错误还要