电机系统建模与分析大作业Word格式.docx

1、3.熟悉Rungle-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。直流电源Udc=200V；电机永磁励磁 f=1Wb, 电枢绕组电阻Rq=0.5ohm、电感Lq=0.05H；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行限流保护，电流上限Ih=15A、Il下限=14A；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00.2s是80rad/s，在0.20.4s是120rad/s，在0.40.6s是80rad/s如此反复，用滞环控制的方法进行转速调节（

2、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1.数学模型的建立按电动机原则取正方向即：整理得状态方程组：2.滞环PWM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。3.电枢电压的确定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，则Uq的值为Udc；如果“与”

3、结果为0，则Uq的值为0。4.电枢电流为负值时的处理方法在滞环控制中，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。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

4、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法的基本算式对于微分方程组四、仿真程序1.主程序% Square wave generator -just for persipicuous 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 0

5、0.4s 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;i=1;resid=0.00002;pwm_i=1;pwm_w=1;Uq（1）=Udc;w（1）=0;iq（1）=0;pwm（1）=1;con_flag=0;for t1=h:h:0.6 if t10.2 limit_flag =1; elseif t1 limit_flag =2; else limit_flag=1; end% if iq（i）0.04 c

6、on_flag=1;% if （iqvb（limit_flag）+resid） pwm_w=0; if（iq（i）15） pwm_i=0; pwm（i）=pwm_i*pwm_w;% if（iq（i）14 & pwm_i=1 & pwm_w=0）% pwm（i）=1; else if（pwm（i）=0） iq（i+1）,w（i+1）=rungeoff（iq（i）,w（i）,Lq）; if（w（i）vb（limit_flag）-resid） pwm_w=1; if（iq（i） count=count+1; if（mod（count,2）=1） velocity=120; velocity=80;

7、temp=0;% if temp1peri% count1=count1+1;% if（mod（count1,2）=1）% pwm=1;% pwm=0;% temp1=0;% plot（i*h,velocity）; 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）; Tau = Tau + Kp*（e（3）-e（2） + Ki*e（3）+ Kd*（e（3）+e（1）-2*e（2）; if Tau 1 Tau=1; elseif Tau Tau=0; e（1）=e（2）; e（2）=

8、e（3）; e（3）=velocity-w（i+1）;% if（e（3）-2）% e（3）=0; if（iq（i+1） iq（i+1）=15; elseif（iq（i+1）0） iq（i+1）=0; if i=tail-1 disp（sprintf（The final steady error is : %2.1f .n,e（3）;num=1:tail+1;plot（h*num,w,LineWidth,2）;plot（h*num,iq,rset（gca,FontName,HeloniaFontSize,10,FontWeightboldxlim（0,h*tail）;PIDfunction iq

9、,w=runge（iq0,w0,Udc,h）k1=f1（w（1）,iq0,Udc）;k2=f1（w（1）+0.5*h,a1,Udc）;k3=f1（w（1）+0.5*h,a2,Udc）;k4=f1（w（1）+h,a3,Udc）;function y=f1（w,iq,Udc）六、收获与体会通过本次电机建模作业，熟悉永磁直流电动机及其调速系统的建模与仿真，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较简单，但是涉及的知识面丰富，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。