《计算机仿真课程设计》.docx
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《计算机仿真课程设计》
存档资料成绩：
华东交通大学理工学院
课程设计报告书
所属课程名称
题目
分院
专业班级
学 号
学生姓名
指导教师
2012年6月20日
华东交通大学理工学院
课程设计（论文）任务书
专业班级姓名
一、课程设计（论文）题目直流电动机的MATLAB仿真
二、课程设计（论文）工作：
自2012年6月13日起至2012年6月21日止。
三、课程设计（论文）的内容要求：
直流电动机的机械特性仿真；
直流电动机的起动和制动仿真；
直流电动机电枢串联电阻启动仿真；
直流电动机能耗制动仿真；
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；
直流电动机改变励磁电流调速仿真。
要求：
编写M文件，在Simulink环境画仿真模型原理图，用二维画图命令画仿真结果图或用示波器观察仿真结果，并加以分析。
学生签名：
2012年6月20日
序号
项目
等 级
优秀
良好
中等
及格
不及格
1
课程设计态度评价
2
出勤情况评价
3
任务难度评价
4
工作量饱满评价
5
设计中创新性评价
6
论文书写规范化评价
7
综合应用能力评价
综合评定等级
课程设计（论文）评阅意见
评阅人 职称讲师
2011年6月20日
目 录
第一章课程设计内容及要求5
第二章直流电动机的电力拖动仿真绘制6
第三章MALTAB基本操作21
第四章Matlab程序的设计原则24
第五章课程设计心得25
第六章参考文献.26
第一章课程设计内容及要求
1.直流电动机的机械特性仿真；
2.直流电动机的直接起动仿真；
3.直流电动机电枢串联电阻启动仿真；
4.直流电动机能耗制动仿真；
5．直流电动机反接制动仿真；
6.直流电动机改变电枢电压调速仿真；
7.直流电动机改变励磁电流调速仿真。
要求：
编写M文件，在Simulink环境画仿真模型原理图，用二维画图命令画仿真结果图或用示波器观察仿真结果，并加以分析
第二章直流电动机的电力拖动仿真绘制
1）直流电动机的机械特性仿真
clear;
U_N=220;P_N=22;I_N=115;
n_N=1500;R_a=0.18;R_f=628;
Ia_N=I_N-U_N/R_f;
C_EPhi_N=（U_N-R_a*Ia_N）/n_N;
C_TPhi_N=9.55*C_EPhi_N;
Ia=0;Ia_N;
n=U_N/C_EPhi_N-R_a/（C_EPhi_N）*Ia;
Te=C_TPhi_N*Ia;
P1=U_N*Ia+U_N*U_N/R_f;
T2_N=9550*P_N/n_N;
figure
（1）;
plot（Te,n,'.-'）;
xlabel（'电磁转矩Te/N.m'）;
ylabel（'转矩n/rpm'）;
ylim（[0,1800]）;
figure
（2）;
plot（Te,n,'rs'）;
xlabel（'电磁转矩Te/N.m'）;
ylabel（'转矩n/rpm'）;
holdon;
R_c=0;
forcoef=1:
-0.25;0.25;
U=U_N*coef;
n=U/C_EPhi_N-（R_a+R_c）/（C_EPhi_N*C_TPhi_N）*Te;
plot（Te,n,'k-'）;
str=strcat（'U=',num2str（U）,'V'）;
s_y=1650*coef;
text（50,s_y,str）;
end
figure（3）;
n=U_N/C_EPhi_N-（R_a+R_c）/（C_EPhi_N*C_TPhi_N）*Te;
plot（Te,n,'rs'）;
xlabel（'电磁转矩Te/N.m'）;
ylabel（'转矩n/rpm'）;
holdon;
U=U_N;R_c=0.02;
forR_c=0:
0.5:
1.9;
n=U/C_EPhi_N-（R_a+R_c）/（C_EPhi_N*C_TPhi_N）*Te;
plot（Te,n,'k-'）;
str=strcat（'R=',num2str（R_c+R_a）,'\Omega'）;
s_y=400*（4-R_c*1.8）;
text（120,s_y,str）;
end
ylim（[0,1700]）;
figure（4）;
R_c=0;
n=U_N/C_EPhi_N-（R_a+R_c）/（C_EPhi_N*C_TPhi_N）*Te;
plot（Te,n,'rs'）;
xlabel（'电磁转矩Te/N.m'）;
ylabel（'转矩n/rpm'）;
holdon;
U=U_N;R_c=0.02;
forR_c=0.5:
0.25:
1.3;
C_EPhi=C_EPhi_N*coef;
C_TPhi=C_TPhi_N*coef;
n=U/C_EPhi_N-（R_a+R_c）/（C_EPhi_N*C_TPhi_N）*Te;
plot（Te,n,'k-'）;
str=strcat（'\phi=',num2str（coef）,'*\phi_N'）;
s_y=900*（4-coef*2.2）;
text（120,s_y,str）;
end
ylim（[0,3500]）;
a）固有机械特性b）降低电枢电压人为机械特性
c）增加电枢电阻人为机械特性d）改变磁通人为机械特性
clear;
U_N=220;P_N=22;I_N=115;n_N=1500;
R_a=0.18;
R_f=628;
Ia_N=I_N-U_N/R_f;
C_EPhi_N=（U_N-R_a*Ia_N）/n_N;
C_TPhi_N=9.55*C_EPhi_N;
%他励直流电动机的工作特性
Ia=0:
Ia_N;
n=U_N/C_EPhi_N-R_a/（C_EPhi_N）*Ia;
Te=C_TPhi_N*Ia;
Te_p=Te*10;
figure（5）;
plot（Ia,n,'r.-',Ia,Te_p,'b.-'）;
xlabel（'电枢电流Ia/A'）;
ylabel（'转速n/rpm,电磁转矩Te/N.m'）;
text（30,1500,'转速n'）;
text（50,500,'电磁转矩Te（X10）'）;
%串励直流电动机的工作特性
R_f=0.3;
k=0.01;
C_E=C_EPhi_N/k/Ia_N;
n=U_N./（C_E*k.*Ia）-（R_a+R_f）/（C_E*k）;
start_p=30;
Ia_p=Ia（start_p:
length（Ia））;
n_p=n（start_p:
length（n））./1;
C_T=C_TPhi_N/k/Ia_N;
Te=k*C_T.*Ia.*Ia;
Te_p=Te*30;
figure（6）;
plot（Ia_p,n_p,'r.-',Ia,Te_p,'b.-'）;
xlabel（'电枢电流Ia/A'）;
ylabel（'转速n（rpm）,电磁转矩Te/（N.m）'）;
text（39,6000,'转速n'）;
text（20,1500,'电磁转矩Te（X30）'）;
a）他励直流电动机工作特性b）串励直流电动机工作特性
2）直流电动机直接起动仿真
直流电动机直接起动时，起动电流很大，可以达到额定电流的10-20倍，由此产生很大的冲击转矩。
适用Simulink对直流电动机的直接起动过程建立仿真模型，通过仿真获得直流电动机的直接起动电流和电磁转矩的变化过程。
他励直流电动机直接起动仿真模型原理图
直流电动机模块参数设置图直流电源模块参数设置图
定时模块参数设置图开关模块参数设置图
他励直流电动机直接起动转速—电流关系仿真结果
他励直流电动机直接起动仿真结果
3）直流电动机电枢串联电阻启动仿真
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。
他励直流电动机串起电阻启动仿真模型原理图
串起动电阻电阻控制子模块原理图
封装编辑器窗口
他励直流电动机串起电阻仿真
他励直流电动机串起电阻起动的转速—电流关系仿真结果
4）直流电动机能耗制动仿真
能耗制动时，电枢通过电阻Rb短接，使用Simulink建立直流电动机的能耗制动仿真模型，仿真分析获得转速。
电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。
他励直流电动机能耗制动仿真模型原理图
他励直流电动机能耗制动仿真结果
5）直流电动机反接制动仿真
直流电动机的反接制动分为电压反向的反接制动和倒拉反接制动。
电压反向反接制动作用用于电动机的快速停机，而倒拉反接制动用于低速下放位能负载。
使用Simulink建立直流电动机的电压反向反接制动的仿真模型，仿真分析获得转速。
电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。
他励直流电动机电压反向反接制动仿真模型原理图
他励直流电动机电压反向反接制动仿真结果
6）直流电动机改变电枢电压调速仿真
使用Simulink建立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。
他励直流电动机改变电枢电压调速仿真模型原理图
他励直流电动机改变电枢电压控制子模块原理图
他励直流电动机改变电枢电压调速仿真结果
他励直流电动机改变励磁电压仿真模型原理图
7）直流电动机改变励磁电流调速仿真
使用Simulink建立他励直流电动机的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。
他励直流电动机改变励磁电流调速仿真结果
他励直流电动机改变磁通调速时转速—电流关系仿真结果
第三章MALTAB基本操作
一、目的：
1.掌握MATLAB的基本操作、常用命令。
2.学会利用MATLAB图形用户界面设计工具设计一个与整个实验内容配套的实验工作平台，进一步提高学生编程的能力和技巧。
二、原理
（一）MATLAB简介
MATLAB的名称源自MatrixLaboratory，1984年由美国Mathworks公司推向市场。
它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。
MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。
MATLAB在信号处理中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。
例如，解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换、z正反变换、函数波形绘制、函数运算、冲激响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、零极点图绘制等内容。
作为强大的科学计算软件，MATLAB提供了图形界面的设计与开发功能。
自从美国公司MathWorks于1967年推出MatrixLaboratory缩写为MATLAB软件包到目前为止已经发展到7.0。
由于其语句简练、功能强大、简单实用，现已成为面向科学与工程计算的大型优秀科技应用软件。
MATLAB作为面向科学与工程计算的大型科技应用软件，同样提供了一个功能强大的用于编写图形用户界面的工具GUI。
MATLAB的用户界面对象分为三类：
用户界面控件对象（uicontrol）,下拉式菜单对象（uimenu）,和内容式菜单对象（uicontextmenu）。
其中GUI向导提供了十种控件（Control）对象和一个坐标轴（Axes）对象。
它们分别是:
按钮（PushButton）、开关按钮（ToggleButton）、编辑框（EditText）、弹出式菜单（PopupMenu）、图文框（Frame）、静态文本框（StaticText）、列表框（Listbox）、复选框（Checkbox）、滑动条（Slide）等，因此用户在使用的过程需要深入地了解各种图形对象的特征、属性和操作。
本实验利用MATLAB的用户界面对象，设计出以实验内容为依托的操作简单、功能完备的图形用户界面，为后面的实验仿真提供了有效的基础。
（二）MATLAB基本命令
1.向量的生成
利用冒号（：
）生成向量
（1）X=j:
k（j生成X=[j,j+1,j+2,…,k-1,k]
（2）X=j:
I:
k
生成向量X=[j,j+I,j+2I,…,k]
2.矩阵的生成
（1）zeros生成全0阵
B=zeros（n）生成n*n的全0矩阵
B=zeros（m,n）生成m*n的全0矩阵
B=zeros（Size（A））生成与与矩阵A大小相同的全0矩阵
注：
m,n必须是一个非负数
（2）ones生成全1阵
（3）rand生成均匀分布的随机阵
3.矩阵的运算
A+B同维矩阵相加
A-B同维矩阵相减
A+3对于矩阵和标量（一个数）的加减运算
A*B是数学中的矩阵乘法，遵循矩阵乘法规则
A．*B是同维矩阵对应位置元素做乘法
B=inv（A）是求矩阵的逆
A/B是数学中的矩阵除法，遵循矩阵除法规则
A．/B是同维矩阵对应位置元素相除
表示矩阵的转置运算
第四章Matlab程序的设计原则
1.百分号%后面的内容是程序的注释部分，要善于应用注释使程序更具有可度性。
2.主程序开头用clear指令清除变量，以清除工作空间中其他变量对程序运行的影响。
但注意子程序中不要用clear。
3.参数值要集中放在程序的开始部分，以便维护，要充分利用matlab工具箱提供的指令来执行所要进行的运算，在语句之后要输入分号使其及中间结果不在屏幕上显示，以提高执行速度。
4.input指令可以用来输入一些立功临时的数据；而对于大量的数据，则通过建立一个存储参数的子程序。
在主程序中通过子程序的名称来调用。
5.程序尽量模块化，即采用主程序调用子程序的方法，将所有子程序合并起来执行全部操作。
6.充分利用Debugger来进行程序的调试（设置断点、单步执行、连续执行），并用其他工具箱或图形用户界面（GUI）的设计技巧，将设计结果集成在一起。
7.设置好matlab的工作路径，以便程序运行。
第五章课程设计心得
回顾起此次计算机仿真课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整几天的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说变压器不懂怎么去选，不懂怎么去选互感器，对电气主接线图的选择掌握得不好……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！
第六章参考文献.
[1]张森，张正亮，MALTAB仿真技术主导实例运用教程，北京：
机械工业出版，2004.
[2]胡小强计算机网络[M]北京：
北京邮电大学出版社2005年1月
[3]范影乐，杨胜天，MALTAB仿真运用详解。
北京：
人民邮电出版社，2001
[4]王兆安，张明勋。
电力电子技术设计和运用手册，北京：
机械出版社，2005
[5]张乃国。
电源技术。
北京：
中国电力出版社，1998.
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