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中北大学信息商务学院2014届毕业设计第I页共I页目录1引言..............................................................11.1本课题研究意义..................................................11.2课题的主要内容..................................................21.3程序实现思路....................................................21.3.1直流电动机的机械特性仿真......................................21.3.2直流电动机的起动和制动仿真....................................21.3.3直流电动机调速仿真............................................31.4Matlab介绍......................................................32直流电动机的机械特性仿真..........................................62.1并励直流电动机的机械特性仿真....................................62.2他励直流电动机的机械特性仿真....................................93直流电动机直接起动和制动仿真.....................................153.1直流电动机直接起动研究.........................................153.1.1直流电动机直接起动仿真模型的建立.............................153.1.2直接起动仿真结果及分析.......................................163.2直流电动机串电阻起动研究.......................................163.2.1直流电动机串电阻起动仿真模型的建立...........................163.2.2直流电动机串电阻起动时电阻值计算以及仿真结果分析.............173.2.3直流电动机制动仿真...........................................214直流电动机调速研究...............................................244.1他励直流电动机的电枢回路串入电阻调速...........................244.2他励直流电动机的降低电源电压调速...............................254.3他励直流电动机的减弱磁通调速...................................27参考文献：.........................................................31致谢...............................................................................................................................................33中北大学信息商务学院2014届毕业设计第1页共33页1引言1.1本课题研究意义直流电动机具有良好的启动、制动性能，宜于在较大范围内平滑调速。长期以来，在电动机调速领域中，直流调速方法一直占主要地位。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、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。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。Matlab语言是一种面向科学工程计算的高级语言，它集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络、图像处理等功能于一体，是一种高级的数学分析与运算软件，可用作动态系统的建模和仿真。目前，电机控制系统越来越复杂，不断有新的控制算法被采用。仿真是对其进行研究的一个重要的不可缺少的手段。Matlab的仿真研究功能被成功方便地应用到各种科研过程中。直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机，通过这次课程设计使我学会用MATLAB进行基本仿真，通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用MATLAB进行仿真，提高对直流电机知识的理解能力，解决实际问题的能力。学习使用MATLAB的一般方法、步骤，掌握Simulink的使用方法，以及其强大的仿真功能。学会用MATLAB仿真软件仿真直流电动机的机械特性，直流电动机的起动和制动，直流电动机调速仿真，其中包括直流电动机的直接起动仿真，直流电动机电枢串联电阻起动仿真，直流电动机的能耗制动仿真，直流电动机反接制动仿真，直流电动机改变电枢电压调速仿真和直流电动机改变励磁电流调速仿真。通过此次设计，增强了我的自我动手能力，了解直流电动机的各种人为改变参数的操作特性，理论联系实际，在实际的工作过程中积极地去发现问题、解决问题。中北大学信息商务学院2014届毕业设计第2页共33页1.2课题的主要内容了解直流电机工作原理、结构、基本电磁关系的基础上，对直流电动机的人为机械特性进行绘制，并且通过运用不同的起动和制动、调速方法对直流电动机的暂态过程进行仿真研究。而更好的理解直流电动机的的控制特性、控制规律、和工作特性。1.学习并掌握直流电机的基本理论，理解直流电动机的基本工作原理与工作特性。2.通过改变电枢电压、电枢电阻、改变磁通等方法获得各种人为机械特性，并通过仿真得出结果。3.直流电动机的起动运用直接起动或减压起动、电枢串电阻起动等方式，制动运用回馈制动、反接制动、能耗制动等方式对直流电动机的起动和制动进行仿真分析，建立仿真模型同时给出仿真结果。4.调速分析主要是通过串联电阻、改变电枢电压或改变励磁电流调速方式来实现。建立仿真模型。5.熟练掌握Matlab的simulink和Powersystem工具箱，以调速系统的电气原理结构图为基础，弄清楚系统的构成，并在模块库中找出相应的模块，完成对各个组成环节的元件参数配置，对系统进行仿真，并给出结论。1.3程序实现思路1.3.1直流电动机的机械特性仿真直流电动机的人为机械特性主要有改变电枢电压,改变电枢电阻和改变磁通三种情况。根据已知的直流电动机的参数，使用MATLAB编制M文件，通过计算可以画出直流电动机的人为机械特性曲线。他励直流电动机和串励直流电动机的工作特性不同，通过仿真计算可以获得这些特性曲线。1.3.2直流电动机的起动和制动仿真直流电动机的直接起动仿真，直流电动机直接起动时，起动电流很大，可达额定电流的10-20倍，由此产生很大的冲击转矩。在实际运行时不允许直流电动机直接起动。要求使用Simulink对直流电动机的直接启动过程建立仿真模型，通过仿真获得直流电动机的直接启动电流和电磁转矩的变化过程。中北大学信息商务学院2014届毕业设计第3页共33页直流电动机电枢串联电阻起动仿真:建立他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，转速和电磁转矩的变化曲线。直流电动机的能耗制动仿真要求使用Simulink建立直流电动机的能耗制动的仿真模型，仿真分析获得转速，电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。直流电动机反接制动仿真要求使用Simulink建立直流电动机的电压反向反接制动的模型，仿真分析获得转速，电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。1.3.3直流电动机调速仿真他励直流电动机的调速方法有三种，即电枢回路串电阻调速，改变电枢电压调速和改变励磁电流（减弱磁通）调速。直流电动机改变电枢电压调速仿真要求实用Simulink建立他励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，电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。直流电动机改变励磁电流调速仿真要求使用Simulink建立他励直流电动机改变励磁电流的仿真模型，仿真分析获得转速，电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线1.4Matlab介绍Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简中北大学信息商务学院2014届毕业设计第4页共33页单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自