他励直流电动机模型与仿真设计

武汉理工大学基础强化训练实验报告书I目录摘要.....................................................................................................................................11设计任务及要求............................................................................................................21.1设计任务..............................................................................................................21.2设计要求..............................................................................................................22方案选择........................................................................................................................33电路设计........................................................................................................................43.1基本参数的设计..................................................................................................43.1.1直流他励电动机的参数设计..................................................................43.1.2反馈回路的参数设计...............................................................................83.1.3直流电压源的参数设计.........................................................................103.1.4下拉电阻的参数设计.............................................................................103.1.5电源内阻的参数设计.............................................................................113.1.6多路复用器的参数设计.........................................................................123.1.7示波器的参数设计.................................................................................123.2直接启动电路及额定运行电路的设计..........................................................133.2.1开关的参数设计.....................................................................................133.2.2计时器的参数设计.................................................................................143.2.3总电路的设计.........................................................................................154仿真结果......................................................................................................................174.1直接启动电路及额定运行电路的仿真结果..................................................174.2仿真时遇到的问题...........................................................................................194.2.1示波器Scope不能直接连接到电枢回路输入端测量电压...............194.2.2电阻不能直接用Resistor......................................................................195总结...............................................................................................................................206参考文献......................................................................................................................21武汉理工大学基础强化训练实验报告书1摘要直流电动机现在在世界都占有一席之地，很多地方都充斥着直流电动机的身影。本文通过matlab自带的simulink对直流电动机进行了仿真，以他励直流电动机为仿真模型，从启动到稳定运行，了解了他励直流电动机的基本电压电流关系，验证了电压电流曲线。同时，也学习了matlab和其仿真系统simulink，为以后的学习生活打下了基础。关键词：matlabsimulink他励直流电动机仿真KeyWords：matlabsimulinkexternal-excited-DC-motorsimulation武汉理工大学基础强化训练实验报告书21设计任务及要求1.1设计任务他励直流电动机模型[1][2]与仿真设计，初始条件电动机n=1000r/min,Ra=0.05欧;电源电压220V，电阻为0.08欧，转动惯量GD2=125kg.m2。1.2设计要求1、直流电动机数学模型建立；2、直流电动机传递函数的模型建立及其参数设置；3、仿真模型建立与设计。4、电路仿真输出：完成电源电压、电流、触发脉冲、负载电压相关指标的仿真输出。武汉理工大学基础强化训练实验报告书32方案选择在matlab[3][4]的simulink[5]中，有两个直流电机的模型，一个是DCMotor，另外一个是DCMachine。方案一：使用DCMotor作为直流电机模型：该模型设置较为简单，接口较少，但接口与机械接口有关，难于建模，且不好进行他励。方案二：使用DCMachine作为直流电机模型：该模型设置比较容易，接口较好接，且可以灵活的设置他励，电磁铁型或永磁铁型。综合本次实验任务，由于方案一缺点带来过多不便，故采用方案二。武汉理工大学基础强化训练实验报告书43电路设计3.1基本参数的设计3.1.1直流他励电动机的参数设计根据方案选择，我们选用DCMachine作为我们直流他励电动机的模型，如图3-1：图3-1DCMachine其中F+、F-端是励磁回路的接线端，A+、A-端是电枢回路的接线端，m是一个向量组的输出端，这个向量组包含4个向量，其代表量及单位如表3-1所示：表3-1电机输出向量序号物理量单位1速度Rad/s2电枢电流A3励磁电流A4电磁转矩N.m还有一个输入端根据参数不同有三个量，其中TL为负载转矩的输入量，w为转速的输入量，s为机械转动关系的输入量。我们在励磁回路两端直接接入直流电压源，即：DCVoltageSource，在电枢回路也接入电压直流电压源，即：DCVoltageSource1。将m输出端引出，用一个多路复用器，即:Demux将其所包含的四个向量分离出来,并接入一个3通道的示波器Scope1，其中第3路励磁电流由于我们是他励直流电机，不关心此值，故直接接Terminal。根据DCMachine的帮助文档：TL=BI*w将速度经过一定比例放大或衰减后反馈回负载转矩TL。他励直流电动机外部接线部分如图3-2所武汉理工大学基础强化训练实验报告书5示：图3-2DCMachine接线图双击DCMachine，对电动机模型进行设置。第一个标签栏有三个下拉框，第一个下拉框选项为预置模型，由于预置的模型没有与我们任务相匹配的模型，故我们选择No。第二个下拉框选项为机械输入，由于我们需要进行启动仿真，故不能选恒速度的，由于我们考虑的是负载转矩，而不是机械转动特性，故选择TorqueTL模式。第三个为励磁选项，有电磁铁和永磁铁两个选项，由于我们是他励直流电动机，故选择电磁铁Wound。选择如图3-3所示：武汉理工大学基础强化训练实验报告书6图3-3DCMachine设置1点开第二个标签为详细参数设置。第一个是电枢电阻和电感设置，本实验中要求电枢电阻为0.05Ohm，故直接改为0.05Ohm，由于没有要求电感值，电感值默认设置0.012H不变。第二个是设置励磁电阻和励磁电感，本实验中为他励直流电动机，对励磁电阻和励磁电感没有做要求，故保持默认设置240Ohm和120H不变。第三个为电枢励磁互感电感，由于本实验中没有要求，故直接保持默认1.8H不变。第四个为总转动惯量，由于实验要求转动惯量为125kg.m2，故设置为125kg.m2。第五项为粘性阻力常数，由于没做要求，保持默认0不变。第六个是电阻力转矩，由于本实验没有进行要求，保持默认0不变。最后一个是初始转速，由于我们要仿真他励直流电动机的启动状态，故设为0。详细参数设置如图3-4所示：武汉理工大学基础强化训练实验报告书7图3-4DCMachine设置2点开第三个标签，为采样时间限制，由于实验没有要求，我们保持默认-1。时间限制标签如图3-5所示：武汉理工大学基础强化训练实验报告书8图3-5DCMachine设置33.1.2反馈回路的参数设计对于反馈回路的放大器，根据相关测试结果，我们最终选择5.68倍。双击Gain，在第一项Gain输入5.68，其他均保持默认不变即可。设置如图3-6、图3-7、图3-8：武汉理工大学基础强化训练实验报告书9图3-6Gain设置1图3-7Gain设置2武汉理工大学基础强化训练实验报告书10图3-8Gain设置33.1.3直流电压源的参数设计由于本实验给定220V电源供电，故两个直流电压源均设置220V输出，其他参数不变，如图3-9：图3-9直流电压源设置3.1.4下拉电阻的参数设计由于下拉电阻对电路影响不大，但考虑到电源电压在220V，故电阻需稍大，武汉理工大学基础强化训练实验报告书11确保电流较小，故我们选择设置10KOhm。双击SeriesRLCBranch，第一个下拉菜单为设置形式，我们只用电阻，故选R。第二个为值的设置，我们输入10000Ohm，第三个保持不变，如图3-10所示：图3-10下拉电阻设置3.1.5电源内阻的参数设计由于本题已给出电源内阻为0