直流電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)</p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) 09電氣(2)班 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p>&

2、lt;p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　課 題 直流電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2013 年6月14 日</p><p>&l

3、t;b>　　摘要</b></p><p>　　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻啟動(dòng)過(guò)程各參數(shù)的變化情況一直是運(yùn)行部門(mén)十分關(guān)心的問(wèn)題,但在設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)。本論文中建立他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)分級(jí)啟動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，并建立起連續(xù)的仿真模型，利用MATLAB中的SIMULINK工具，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從而更清楚的了解了其動(dòng)態(tài)過(guò)程,為設(shè)計(jì)人員提供了可靠的參考數(shù)據(jù)。為以后的虛擬實(shí)驗(yàn)的建立發(fā)展積累了許

4、多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)；分級(jí)起動(dòng)；仿真 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The various parameters' change in the procedure of Excited DC motor’s armature series resista

5、nce’s startup has been the department’s very issue of concern, but in the design process it can not carry out the related test. In this paper,it’s to establish the excited DC motor’s mathematical model of step-starting,

6、and to establish a continuous simulation model,and to use the MATLAB’s SIMULINK tools to simulate the system and obtain the experimental results. So its dynamic process is understanded cl</p><p>　　Keywords:

7、Excited DC Motor; Step-starting; MATLAB, SIMULINK</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第一章 直流電機(jī)的工作原理及特性1</

8、p><p>　　1.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1</p><p>　　1.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理3</p><p>　　1.3 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性4</p><p>　　第二章 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性7</p><p>　　2.1 機(jī)械特性方程式7</p><p>　　2.2固有機(jī)械特

9、性與認(rèn)為機(jī)械特性8</p><p>　　第三章　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)10</p><p>　　3.1 降電壓起動(dòng)10</p><p>　　3.2 電樞回路串電阻起動(dòng)10</p><p>　　3.3 原始數(shù)據(jù)11</p><p>　　3.4 分級(jí)起動(dòng)電阻的計(jì)算11</p><p>

10、　　第四章 MATLAB及其仿真集成環(huán)境SIMULINK16</p><p>　　4.1 MATLAB簡(jiǎn)介16</p><p>　　4.2 仿真工具SIMULINK簡(jiǎn)介18</p><p>　　4.3 用SIMULINK建立系統(tǒng)模型19</p><p>　　第五章 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)分五級(jí)起動(dòng)過(guò)程模擬21</p><

11、;p>　　5.1繪制仿真線路21</p><p>　　5.2設(shè)置仿真參數(shù)和模塊參數(shù)22</p><p>　　5.3 仿真結(jié)果分析23</p><p><b>　　總結(jié)26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b&g

12、t;　　致 謝27</b></p><p>　　附錄：外文科技文獻(xiàn)及翻譯28</p><p>　　第一章 直流電機(jī)的工作原理及特性</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。電機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能很好，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，特別是調(diào)速性能為交流電動(dòng)機(jī)所不及。因此，在對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能和起動(dòng)性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械

13、上，大都使用直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)。但是，直流電動(dòng)機(jī)的制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，維護(hù)較困難，可靠性較差，所以，在現(xiàn)代工業(yè)的拖動(dòng)系統(tǒng)中，直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)“各得其所”。</p><p>　　1.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如下圖:</p><p>　　圖1.1 直流電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)</p><p><b

14、>　　一．定子</b></p><p>　　定子是直流電動(dòng)機(jī)的靜止部分。它包括主磁極、換向磁極、機(jī)座、端蓋和電刷裝置等部件。</p><p>　　1．主磁極 在一般的大中型直流電機(jī)中，主磁極是一種電磁鐵。主磁極的鐵心用厚的鋼板沖片疊壓緊固而成永磁電機(jī)的主磁極直接由不同極性的永久磁體組成。勵(lì)磁電機(jī)的主磁極則由主磁極鐵心和主磁極繞組兩部分組成。</p><

15、;p>　　2．換向極 換向極又稱附加極或間極，裝在兩主磁之間。它是由鐵心和繞組構(gòu)成的，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。其作用是產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，以改善電動(dòng)的換向條件，減小換向器上的火花。換向磁極由換向磁極鐵心和換向磁極繞組兩部分組成。位于兩主磁極之間，是比較小的磁極。</p><p>　　3．機(jī)座 其作用一方面是作為電動(dòng)機(jī)的磁路，另一方面是用來(lái)固定主磁極和換向極以及端蓋。用來(lái)在其上安裝主磁極、換向磁極，同時(shí)也作為

16、電動(dòng)機(jī)的外殼。機(jī)座一般由鑄鋼件制成，小功率的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)座也可用無(wú)縫鋼管加工而成。</p><p>　　4．端蓋 在機(jī)座的兩邊各有一個(gè)端蓋，端蓋的中心處裝有軸承，用來(lái)支持轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸，端蓋上還固定有電刷架。</p><p>　　5．電刷裝置 電刷裝置是把直流電壓、直流電流引人或引出的裝置。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成。通過(guò)電刷與換向器表面之間的滑動(dòng)接觸，把電樞繞組中的電流引入

17、或引出。</p><p><b>　　二．轉(zhuǎn)子</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子又稱為電樞，是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等部分組成。</p><p>　　1．電樞鐵心 電樞鐵心由硅鋼片疊壓而成，其表面有許多均勻分布的槽，用來(lái)嵌放電樞繞組。電樞鐵心有兩個(gè)作用一個(gè)是作為主磁路的主要部分，二是嵌放電樞繞組

18、。由于點(diǎn)蘇鐵心和主磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致鐵耗，因此為了減少鐵耗，電樞鐵心通常用0.5mm的厚硅鋼片的沖片疊壓而成，固定在轉(zhuǎn)子支架或轉(zhuǎn)軸上。</p><p>　　2．電樞繞組 由許多相同的線圈組成，按一定規(guī)律嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)，并與換向器相連。它是直流電機(jī)的主要電路部分，是通過(guò)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。其作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　3．換向

19、器 它是直流電機(jī)的重要部分，換向器由許多銅制換向片組成，外形呈圓柱形，片與片之間用云母絕緣。其作用是把外界供給的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)槔@組中的交變電流以使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。在直流發(fā)電機(jī)中，它將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷墻上的直流電動(dòng)勢(shì)。</p><p>　　4．轉(zhuǎn)軸 一般用合金鋼鍛壓加工而成，其作用是用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　風(fēng)扇 用來(lái)降低電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的溫升。</p>

20、<p>　　1.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于安培定律上的，在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。在磁場(chǎng)中導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较?，企圖使電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時(shí)針?lè)较蛐?/p>

21、轉(zhuǎn)起來(lái)。</p><p>　　圖1.2 直流電動(dòng)機(jī)的原理模型</p><p>　　當(dāng)電樞轉(zhuǎn)了180°后，導(dǎo)體 cd轉(zhuǎn)到 N極下，導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下時(shí)，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷 A流入，經(jīng)導(dǎo)體cd 、ab 后，從電刷B流出。這時(shí)導(dǎo)體cd 受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃螅瑢?dǎo)體ab 受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針?lè)较颉?lt;/p><p>

22、　　因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于換向器配合電刷對(duì)電流的換向作用，直流電流交替地由導(dǎo)體 ab和cd 流入，使線圈邊只要處于N 極下，其中通過(guò)電流的方向總是由電刷A 流入的方向，而在S 極下時(shí)，總是從電刷 B流出的方向。這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。</p><p>　　1.3 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性</p>&l

23、t;p>　　直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是選用直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要依據(jù)。直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指其端電壓(額定電壓)、電樞回路中無(wú)外加電阻、勵(lì)磁電流（額定勵(lì)磁電流）時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩和效率三者與輸出功率之間的關(guān)系。如用函數(shù)形式表示，即、、在實(shí)際運(yùn)行中，電樞電流可直接測(cè)量，并且隨的增大而增大，兩者增大的趨勢(shì)相差不多，所以往往將工作特性表示為、、。由于直流電機(jī)的勵(lì)磁方式有多種，直流電動(dòng)機(jī)的工作特性因勵(lì)磁方式不同，差別很大，所以討論工

24、作特性時(shí)，既要應(yīng)用綜合電磁過(guò)程的所有方程式，又要注意到各種勵(lì)磁方式的特點(diǎn)。</p><p>　　一.直流電動(dòng)機(jī)通常按勵(lì)磁方式分為四種：</p><p><b>　　1．他勵(lì)直流電機(jī)</b></p><p>　　勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)。永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。</p&

25、gt;<p><b>　　2．并勵(lì)直流電機(jī)</b></p><p>　　并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。</p><p><b>　　3．串勵(lì)直流電機(jī)</b></p><p>　　串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，這種直

26、流電機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。</p><p><b>　　4．復(fù)勵(lì)直流電機(jī)</b></p><p>　　復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組。若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁通勢(shì)方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動(dòng)機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式。</p><

27、;p>　　二、他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性</p><p>　　他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流是不受負(fù)載影響的，即：當(dāng)外加電壓一定時(shí)</p><p>　　Φ為一常數(shù)。這時(shí)由/CEΦ= / CEΦ-Ra/CECTΦ2T可得：轉(zhuǎn)速n可改寫(xiě)為n=n0-CT。式中：n0=/ CE Φ稱為理想空載（T=0）轉(zhuǎn)速 C= Ra/CECTΦ2是一個(gè)很小的常數(shù)，他代表電動(dòng)機(jī)隨負(fù)載增加而轉(zhuǎn)速下降的斜率。故

28、他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線是一條稍微向下傾斜的直線。</p><p>　　因此，他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)常用于轉(zhuǎn)速不受負(fù)載影響又便于在大范圍內(nèi)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械。如大型車(chē)床、龍門(mén)刨床。</p><p>　　圖1.3 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線</p><p>　　三、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性</p><p>　　串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，因此勵(lì)磁

29、電流等于電樞電流。</p><p>　　Φ=CΦIa CΦ:比例常數(shù)代入T=CTΦIa=CT/CΦΦ2代入n表達(dá)式中得 n=A/√T-B 式中：A=U/CR√CT/CΦ,B=Ra/CE CΦ 是常數(shù)</p><p>　　圖1.4 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性</p><p>　　由此可繪出曲線（最下面一根）</p><p>　　由此可見(jiàn)，

30、隨著轉(zhuǎn)矩T的增大，轉(zhuǎn)速n下降十分明顯。常用于電車(chē)、電氣機(jī)車(chē)、起重機(jī)等場(chǎng)合。例：當(dāng)起重機(jī)提升重量輕的貨物時(shí)，速度較高，而提升很重的貨物時(shí)，速度較低，以保證安全。</p><p>　　串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許在空載或輕載的情況下運(yùn)行，因其理想空載轉(zhuǎn)速無(wú)限大，易損壞電機(jī)。為防止出現(xiàn)空載飛車(chē)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)與負(fù)載不允許采用皮帶傳動(dòng)等中間環(huán)節(jié)傳動(dòng)，而采用固定連接。</p><p>　　四、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性&

31、lt;/p><p>　　復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)兼有并勵(lì)和串勵(lì)兩方面的特性，機(jī)械特性曲線也介于兩者之間。（中間一根）復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)既具有串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，適用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化大需要比較軟的機(jī)械特性的生產(chǎn)設(shè)備中，又可象并勵(lì)電動(dòng)機(jī)那樣在空載或輕載的情況下運(yùn)行。常用于輪船、無(wú)軌電車(chē)、起重采礦設(shè)備中。</p><p>　　第二章 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性</p><p>　　由于直流電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)

32、很多，我們?cè)诖诉x用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)作為研究直流電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真的直流電機(jī)。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系.機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)力學(xué)性能的主要表現(xiàn)，它與運(yùn)動(dòng)方程式相聯(lián)系，將決定拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及過(guò)渡過(guò)程的工作情況。必須指出，機(jī)械特性中的轉(zhuǎn)矩是電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩是不同的，其間差一個(gè)空載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)是。在運(yùn)動(dòng)方程式中。已將作為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則該式中的應(yīng)為軸上拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即相當(dāng)于上式中的，它與機(jī)械特性

33、上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不同，比后者小。如果在運(yùn)動(dòng)方程式中將視作為電磁轉(zhuǎn)矩，則該式中的將為負(fù)載轉(zhuǎn)矩與空載轉(zhuǎn)矩之和。由于在一般情況下，空載轉(zhuǎn)矩占轉(zhuǎn)矩或之比例較小，在一般工程計(jì)算中可略去，而粗略的認(rèn)為電磁轉(zhuǎn)矩與軸上的輸出轉(zhuǎn)矩相等。</p><p>　　2.1 機(jī)械特性方程式</p><p>　　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路原理圖以及機(jī)械特性圖如圖所示</p><p>　　圖2.1他勵(lì)直流電

34、機(jī)原理圖和機(jī)械特性圖</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，式中Ｒ為電樞電路總電阻，包括及電樞串聯(lián)電阻，為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。由上列兩式可導(dǎo)出和的關(guān)系為。在機(jī)械特性方程式中，當(dāng)、、為常數(shù)是，可畫(huà)出一條向下傾斜的直線，就是上圖的機(jī)械特性圖線。這根直線就是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。由特性可見(jiàn)，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增大而降低，這說(shuō)明電動(dòng)機(jī)一加負(fù)載轉(zhuǎn)速會(huì)有一些降落。</p><p>　　2.2固有機(jī)械

35、特性與人為機(jī)械特性</p><p>　　當(dāng)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電壓及磁通均為額定值及，電樞，沒(méi)有串聯(lián)電阻時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性，其方程式為，人為機(jī)械特性可用改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)的方法獲得，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一般可得下列三種人為機(jī)械特性。</p><p>　　1. 電樞串聯(lián)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性</p><p>　　此時(shí)，，，電樞串聯(lián)電阻時(shí)，人為機(jī)械特性的方程式為，由于電動(dòng)機(jī)的電壓及

36、磁通保持額定值不變，人為機(jī)械特性具有與固有機(jī)械特性相同的理想空載轉(zhuǎn)速，而其斜率的絕對(duì)值則隨串聯(lián)電阻增大而加大，人為機(jī)械特性的硬度降低。在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)速隨串聯(lián)電阻的加大而增加。人為機(jī)械特性有交縱坐標(biāo)軸于一點(diǎn)但具有不同斜率的射線族組成</p><p>　　2. 改變電壓是的人為機(jī)械特性</p><p>　　此時(shí)電樞不串聯(lián)電阻（），，改變電壓時(shí)的人為機(jī)械特性方程式為，改變電壓是，隨電壓的

37、降低而降低，特性的斜率則保持不變，他們低于固有機(jī)械特性１，又與固有機(jī)械特性相平行，由于電樞電路沒(méi)有串聯(lián)電阻，因此其特性較串聯(lián)電阻是硬。</p><p>　　3. 減弱電動(dòng)機(jī)磁通是的人為機(jī)械特性</p><p>　　一般他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定磁通下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)已接近飽和。改變磁通實(shí)際上是減弱勵(lì)磁。在勵(lì)磁回路內(nèi)串聯(lián)電阻，并變化其值，即能使磁通減弱，并在低于額定磁通時(shí)調(diào)節(jié)的大笑，此時(shí)，電樞不串聯(lián)電

38、阻，減弱磁通時(shí)人為機(jī)械特性的方程式為,，特性方程式為。有上述兩式可見(jiàn)，當(dāng)減弱時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速加大，短路電流為常值，而短路轉(zhuǎn)矩將隨之減弱而降低。</p><p>　　第三章　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)接通電源以后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)牧氵_(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱為起動(dòng)過(guò)程。對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)講，我們總希望它的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)電流小，起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠。直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速

39、，此時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)()還沒(méi)有建立起來(lái)，由于電樞電阻較小，。，所以此時(shí)電樞電流最大。另外，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式可知，由于電樞電流非常大，此時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也非常大。這樣大的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，分別將對(duì)供電電源和機(jī)械裝置形成強(qiáng)大的沖擊。通常采用保證足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下盡量減少起動(dòng)電流的辦法，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)常使用的起動(dòng)方法有降電壓起動(dòng)和電樞回路串電阻起動(dòng)兩種。</p><p><b>　　3.1 降電壓起

40、動(dòng)</b></p><p>　　對(duì)于因直接起動(dòng)沖擊電流過(guò)大而無(wú)法承受的場(chǎng)合，通常采用降壓起動(dòng)，此時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降，起動(dòng)電流也下降，只適合必須減小起動(dòng)電流，又對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場(chǎng)合。降壓起動(dòng)時(shí)，開(kāi)始加在電動(dòng)機(jī)電樞的端電壓很低，隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐步增大電樞電壓，并使電樞電流限制在一定的范圍內(nèi)。為使勵(lì)磁不受電樞電壓的影響，電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用他勵(lì)方式。    采用降壓起動(dòng)時(shí)，需

41、要一套專用電源作為電動(dòng)機(jī)的電源?，F(xiàn)在一般采用脈寬可調(diào)制的由大功率電子器件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)直流電源。減壓起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是，起動(dòng)電流小，起動(dòng)過(guò)程平滑，能量損耗小。</p><p>　　3.2 電樞回路串電阻起動(dòng)</p><p>　　電樞回路串接電阻，啟動(dòng)電流為，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL可知，啟動(dòng)過(guò)程中要求電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即TTL。根據(jù)要求，可確定串接電阻R的大小，這樣有了加速轉(zhuǎn)矩后才能使系統(tǒng)啟動(dòng)，

42、而加速轉(zhuǎn)矩的大小又必須滿足生產(chǎn)工藝對(duì)加速度的要求。因此并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，必須有足夠大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，又不使啟動(dòng)電流過(guò)大，使電動(dòng)機(jī)在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下安全起動(dòng)，但隨著轉(zhuǎn)速的升高，應(yīng)逐級(jí)切除電阻，否則電樞回路長(zhǎng)期串接較大電阻，將引起較大的能量損耗。</p><p>　　額定功率較小的電動(dòng)機(jī)可采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動(dòng)變阻器的方法起動(dòng)。起動(dòng)前先把起動(dòng)變阻器調(diào)到最大值，加上勵(lì)磁電壓，保持勵(lì)磁電流為額定值不變。再接通電

43、樞電源，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動(dòng)變阻器的電阻，直到全部切除。</p><p>　　額定功率較大的電動(dòng)機(jī)一般采用分級(jí)起動(dòng)的方法以保證起動(dòng)過(guò)程中既有比較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有使啟動(dòng)電流不會(huì)超過(guò)允許值。</p><p>　　接入起動(dòng)電阻后的起動(dòng)電流為</p><p>　　可見(jiàn)選擇合適，能將起動(dòng)電流限制在允許的范圍內(nèi)。有一點(diǎn)必須注意，對(duì)于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，在起動(dòng)電動(dòng)機(jī)

44、之前，必須先將勵(lì)磁回路接通，并將勵(lì)磁電流調(diào)到額定值，使主磁場(chǎng)建立起來(lái)，然后再進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。</p><p><b>　　3.3 原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　所用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：</p><p>　　額定電壓 =240V</p><p>　　額定電流 =16.2A&l

45、t;/p><p>　　額定轉(zhuǎn)速 =1220</p><p>　　額定轉(zhuǎn)矩 =27NM</p><p>　　電樞電阻 =0.6</p><p>　　3.4 分級(jí)起動(dòng)電阻的計(jì)算</p><p>　　下面先對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻分五級(jí)起動(dòng)的步驟和過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明和分析。</p>

46、<p><b>　?。╝）電路圖</b></p><p><b>　　(b)特性圖</b></p><p>　　圖3.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)分五級(jí)起動(dòng)的電路和特性</p><p>　　a)電路圖 b)特性圖</p><p><b>　　1．起動(dòng)過(guò)程如下：</b>&l

47、t;/p><p>　　①串聯(lián)起動(dòng)電阻、、、、和起動(dòng)</p><p>　　起動(dòng)前開(kāi)關(guān)、、、和斷開(kāi)，使得電樞電路中串入電阻、、、和，加上電樞電路自身電阻，電樞電路的總電阻為</p><p>　　加上勵(lì)磁電壓，保持勵(lì)磁電流為額定值不變，然后加上電樞電壓，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖中的人為特性。由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械特性由向點(diǎn)移動(dòng)。</p>

48、<p><b>　?、谇谐饎?dòng)電阻</b></p><p>　　當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩等于切換轉(zhuǎn)矩時(shí)，合上開(kāi)關(guān)，切除起動(dòng)電阻，電樞電路的總電阻變?yōu)?lt;/p><p>　　這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)槿藶樘匦裕谐乃查g，轉(zhuǎn)速來(lái)不及改變，工作點(diǎn)由點(diǎn)平移到點(diǎn)，使這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩仍等于，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿特性點(diǎn)向點(diǎn)移動(dòng)。</p><p>

49、<b>　?、矍谐饎?dòng)電阻</b></p><p>　　當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩等于切換轉(zhuǎn)矩時(shí)，再合上開(kāi)關(guān)，切除起動(dòng)電阻，電樞電路的總電阻變?yōu)?lt;/p><p>　　這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)槿藶樘匦裕谐乃查g，轉(zhuǎn)速來(lái)不及改變，工作點(diǎn)由點(diǎn)平移到點(diǎn)，使這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩仍等于，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)由點(diǎn)向點(diǎn)移動(dòng)。</p><p><b>　

50、?、芮谐饎?dòng)電阻</b></p><p>　　當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩等于切換轉(zhuǎn)矩時(shí)，再合上開(kāi)關(guān)，切除起動(dòng)電阻，電樞電路的總電阻變?yōu)?lt;/p><p>　　這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)槿藶樘匦?，切除的瞬間，轉(zhuǎn)速來(lái)不及改變，工作點(diǎn)由點(diǎn)平移到點(diǎn)，使這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩仍等于，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿點(diǎn)向點(diǎn)移動(dòng)。</p><p><b>　　⑤切除起動(dòng)電阻&l

51、t;/b></p><p>　　當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩等于切換轉(zhuǎn)矩時(shí)，再合上開(kāi)關(guān)，切除起動(dòng)電阻，電樞電路的總電阻變?yōu)?lt;/p><p>　　這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)楣逃刑匦?。工作點(diǎn)由點(diǎn)平移到點(diǎn)，使這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩仍等于，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿點(diǎn)經(jīng)點(diǎn)，</p><p><b>　　⑥切除起動(dòng)電阻</b></p><p&

52、gt;　　當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)是，即電磁轉(zhuǎn)矩等于切換轉(zhuǎn)矩,此時(shí)再合上開(kāi)關(guān),切除起動(dòng)電阻，電樞電路總電阻變?yōu)?。這是機(jī)械特性變?yōu)楣逃刑匦?。工作點(diǎn)由點(diǎn)移到點(diǎn)，最后穩(wěn)定在點(diǎn)，至此，整個(gè)起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。</p><p>　　2．他勵(lì)直流電機(jī)起動(dòng)電阻的計(jì)算</p><p>　　應(yīng)用解析法計(jì)算五級(jí)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電阻值:</p><p><b>　　已知起動(dòng)級(jí)數(shù)</b>

53、</p><p><b>　　選取 </b></p><p><b>　　起動(dòng)電流比 </b></p><p>　　各級(jí)起動(dòng)總電阻如下：</p><p><b>　　各分段電阻如下：</b></p><p>　　至此，起動(dòng)電阻計(jì)算結(jié)束。

54、</p><p>　　第四章 MATLAB及其仿真集成環(huán)境SIMULINK</p><p>　　4.1 MATLAB簡(jiǎn)介</p><p>　　MATLAB 的名稱源自 Matrix Laboratory ，它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。 MATLAB 將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系

55、統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作，而且利用 MATLAB 產(chǎn)品的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，可以非常容易地對(duì) MATLAB 的功能進(jìn)行擴(kuò)充，從而在不斷深化對(duì)問(wèn)題認(rèn)識(shí)的同時(shí)，不斷完善 MATLAB 產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競(jìng)爭(zhēng)能力。 </p><p>　　目前 MATLAB 產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行：數(shù)值分析、數(shù)值和符號(hào)計(jì)算、工程和科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號(hào)處理、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、財(cái)務(wù)與金融工程。 &l

56、t;/p><p>　　MATLAB 是 MATLAB 產(chǎn)品家族的基礎(chǔ)，它提供了基本的數(shù)學(xué)算法，例如矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析算法， MATLAB 集成了 2D 和 3D 圖形功能，以完成相應(yīng)數(shù)值可視化的工作，并且提供了一種交互式的高級(jí)編程語(yǔ)言—— M 語(yǔ)言，利用 M 語(yǔ)言可以通過(guò)編寫(xiě)腳本或者函數(shù)文件實(shí)現(xiàn)用戶自己的算法。 </p><p>　　MATLAB Compiler 是一種編譯工具，它能夠?qū)⒛切?/p>

57、利用 MATLAB 提供的編程語(yǔ)言—— M 語(yǔ)言編寫(xiě)的函數(shù)文件編譯生成為函數(shù)庫(kù)、可執(zhí)行文件 COM 組件等等。這樣就可以擴(kuò)展 MATLAB 功能，使 MATLAB 能夠同其他高級(jí)編程語(yǔ)言例如 C/C++ 語(yǔ)言進(jìn)行混合應(yīng)用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以提高程序的運(yùn)行效率，豐富程序開(kāi)發(fā)的手段。利用 M 語(yǔ)言還開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的 MATLAB 專業(yè)工具箱函數(shù)供用戶直接使用。這些工具箱應(yīng)用的算法是開(kāi)放的可擴(kuò)展的，用戶不僅可以查看其中的算法，還可以針對(duì)一些算法進(jìn)行修改

58、，甚至允許開(kāi)發(fā)自己的算法擴(kuò)充工具箱的功能。目前 MATLAB 產(chǎn)品的工具箱有四十多個(gè)，分別涵蓋了數(shù)據(jù)獲取、科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理、金融財(cái)務(wù)分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領(lǐng)域。 </p><p>　　SIMULINK 是基于 MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，可以用來(lái)對(duì)各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對(duì)任何能夠用數(shù)學(xué)來(lái)描述的系統(tǒng)進(jìn)行建模，例如航空航天動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、衛(wèi)

59、星控制制導(dǎo)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、船舶及汽車(chē)等等，其中了包括連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅(qū)動(dòng)，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等等。 SIMULINK 提供了利用鼠標(biāo)拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且SIMULINK 還提供了豐富的功能塊以及不同的專業(yè)模塊集合，利用 SIMULINK 幾乎可以做到不書(shū)寫(xiě)一行代碼完成整個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模工作。 </p><p>　　STATEFLOW 是一個(gè)交互式的設(shè)計(jì)工具，它基于有限狀態(tài)機(jī)的

60、理論，可以用來(lái)對(duì)復(fù)雜的事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。STATEFLOW與 SIMULINK和 MATLAB 緊密集成，可以將 STATEFLOW創(chuàng)建的復(fù)雜控制邏輯有效地結(jié)合到SIMULINK的模型中。 </p><p>　　在MATLAB 產(chǎn)品族中，自動(dòng)化的代碼生成工具主要有 Real-Time Workshop （ RTW ）和 STATEFLOW Coder ，這兩種代碼生成工具可以直接將 Simulink 的

61、模型框圖和 STATEFLOW 的狀態(tài)圖轉(zhuǎn)換成高效優(yōu)化的程序代碼。利用 RTW 生成的代碼簡(jiǎn)潔、可靠、易讀。目前 RTW 支持生成標(biāo)準(zhǔn)的 C 語(yǔ)言代碼，并且具備了生成其他語(yǔ)言代碼的能力。整個(gè)代碼的生成、編譯以及相應(yīng)的目標(biāo)下載過(guò)程都是自動(dòng)完成的，用戶需要做得僅僅使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊幾個(gè)按鈕即可。MATHWORKS 公司針對(duì)不同的實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的目標(biāo)選項(xiàng)，配合不同的軟硬件系統(tǒng)，可以完成快速控制原型（ Rapid Control

62、 Prototype ）開(kāi)發(fā)、硬件在回路的實(shí)時(shí)仿真（ Hardware-in-Loop ）、產(chǎn)品代碼生成等工作。 </p><p>　　另外， MATLAB 開(kāi)放性的可擴(kuò)充體系允許用戶開(kāi)發(fā)自定義的系統(tǒng)目標(biāo)，利用 Real-Time Workshop Embedded Coder 能夠直接將 SIMULINK的模型轉(zhuǎn)變成效率優(yōu)化的產(chǎn)品級(jí)代碼。代碼不僅可以是浮點(diǎn)的，還可以是定點(diǎn)的。 </p><p

63、>　　MATLAB 開(kāi)放的產(chǎn)品體系使 MATLAB 成為了諸多領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)首選軟件，并且， MATLAB 還具有 300 余家第三方合作伙伴，分布在科學(xué)計(jì)算、機(jī)械動(dòng)力、化工、計(jì)算機(jī)通訊、汽車(chē)、金融等領(lǐng)域。接口方式包括了聯(lián)合建模、數(shù)據(jù)共享、開(kāi)發(fā)流程銜接等等。 </p><p>　　MATLAB 結(jié)合第三方軟硬件產(chǎn)品組成了在不同領(lǐng)域內(nèi)的完整解決方案，實(shí)現(xiàn)了從算法開(kāi)發(fā)到實(shí)時(shí)仿真再到代碼生成與最終產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的完整過(guò)程。

64、 </p><p>　　主要的典型應(yīng)用包括：</p><p>　　4.2 仿真工具SIMULINK簡(jiǎn)介</p><p>　　SIMULINK是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與MATLAB語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編程上。

65、</p><p>　　所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類(lèi)的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來(lái)就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.MDL文件進(jìn)行存?。?，進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析</p><p>　　SIMULINLK是基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，可以用來(lái)對(duì)各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建

66、模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對(duì)任何能用數(shù)學(xué)來(lái)描述的系統(tǒng)進(jìn)行建模，例如航空航天動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導(dǎo)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、船舶及汽車(chē)等，其中包括了連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅(qū)動(dòng)，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等。SIMULINLK提供了利用鼠標(biāo)拖放的方法來(lái)建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且還提供了豐富的功能塊以及不同的專業(yè)模塊集合，利用SIMULINLK幾乎可以做到不書(shū)寫(xiě)一行代碼即完成整個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模工作。除此之外，SIMULINLK還

67、支持Stateflow，用來(lái)仿真事件驅(qū)動(dòng)過(guò)程。</p><p>　　SIMULINLK是從底層開(kāi)發(fā)的一個(gè)完整的仿真環(huán)境和圖形界面，是模塊化了的編程工具，它把Matlab的許多功能都設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)直觀的功能模塊，把需要的功能模塊用連線連起來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)需要的仿真功能了。也可以根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)自己的功能模塊，SIMULINLK功能強(qiáng)大，界面友好，是一種很不錯(cuò)的仿真工具。</p><p>　　SI

68、MULINLK仿真具有以下的特點(diǎn)：</p><p><b>　?。?）交互建模</b></p><p>　　SIMULINLK提供了大量的功能塊，方便用戶快速地建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，建模時(shí)只需要使用鼠標(biāo)拖放庫(kù)中的功能塊，并將它們連接起來(lái)。用戶可以通過(guò)將塊組成子系統(tǒng)建立多級(jí)模型。對(duì)塊和連接的數(shù)目沒(méi)有限制。</p><p><b>　?。?）

69、交互仿真</b></p><p>　　SIMULINLK框圖提供了交互性很強(qiáng)的非線性仿真環(huán)境。用戶可以通過(guò)下拉菜單執(zhí)行仿真，或者用命令行進(jìn)行批處理。仿真結(jié)果可以在運(yùn)行的同時(shí)通過(guò)示波器或者圖形窗口顯示。</p><p>　?。?）能夠擴(kuò)充和定制　SIMULINLK的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)允許用戶擴(kuò)充仿真環(huán)境的功能。</p><p>　　（4）與Matlab和工具箱集成

70、</p><p>　　由于SIMULINLK可以直接利用Matlab的數(shù)學(xué)、圖形和編程功能，用戶可以直接在SIMULINLK下完成諸如數(shù)據(jù)分析、過(guò)程自動(dòng)化、優(yōu)化參數(shù)等工作。工具箱提供的高級(jí)設(shè)計(jì)和分析能力可以通過(guò)SIMULINLK的屏蔽手段在仿真過(guò)程中執(zhí)行。</p><p><b>　?。?）專用模型庫(kù)</b></p><p>　　SIMULIN

71、LK的模型庫(kù)可以通過(guò)專用元件集進(jìn)一步擴(kuò)展。</p><p>　　4.3 用SIMULINK建立系統(tǒng)模型</p><p>　　使用SIMULINLK進(jìn)行仿真一般分為兩步：用戶首先需要在仿真模型編輯窗種搭建好自己的仿真模型，設(shè)置好具體模型參數(shù)和仿真參數(shù)；然后，用戶就可以進(jìn)行仿真，SIMULINLK將根據(jù)用戶搭建的模型，模擬系統(tǒng)在用戶設(shè)定條件下的具體行為。</p><p>

72、;　　下面先對(duì)SIMULINLK窗口環(huán)境介紹如下:</p><p>　　在桌面上雙擊MATLAB圖標(biāo),然后點(diǎn)擊MATLAB啟動(dòng)界面工具欄上的</p><p>　　圖標(biāo)，啟動(dòng)的模塊庫(kù)瀏覽器?；蛘哂妹罘绞絾?dòng)SIMULINLK。即在MATLAB的命令窗口中直接鍵入如下命令： </p><p>　　如下圖便是SIMULINLK的模塊庫(kù)瀏覽器：SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器

73、主要用于瀏覽及選擇模塊。</p><p>　　圖3.1 SIMULINLK的模塊庫(kù)瀏覽器</p><p>　　二．模型的搭建與仿真要在MATLAB提供的專用SIMULINLK模型編輯窗口中進(jìn)行。</p><p>　　執(zhí)行模塊庫(kù)瀏覽器的菜單欄“File”/“New”/“Model”命令，或單擊工具欄上的“”圖標(biāo)，或者采用快捷鍵Ctrl+N都可以打開(kāi)模型編輯窗口。<

74、;/p><p>　　第五章 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)分五級(jí)起動(dòng)過(guò)程模擬</p><p>　　在分析了直流電機(jī)的工作原理及特性的基礎(chǔ)上，建立了他的數(shù)學(xué)模型，以及對(duì)MATLAB及其仿真工具SIMULINLK的了解后，在這一章節(jié)中，我們將對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)分五級(jí)起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真和模擬。</p><p><b>　　5.1繪制仿真線路</b></p>&

75、lt;p>　　一．先打開(kāi)SIMULINLK的模塊庫(kù)瀏覽器和模型編輯窗,默認(rèn)情況下模型名為“Untitled”。然后將模塊庫(kù)瀏覽器中的SIMPOWERSYSTEMS節(jié)點(diǎn)展開(kāi)，并且選中Electrical Sources模塊庫(kù)中的DC Voltage Source模塊，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“Add to Untitled”菜單項(xiàng)，就可以把DC Voltage Source模塊添加到“Untitled”模型中去。也可以不

76、通過(guò)右鍵菜單，直接將DC Voltage Source模塊拖拽到模型編輯窗中，完成模塊的添加操作。</p><p>　　二．采用與第1步相同的方法將仿真線路所用的其他模塊一一添加到模型編輯窗中。</p><p>　　三．連接信號(hào)線。具體方法：將鼠標(biāo)放到模塊的輸出端口，等光標(biāo)變?yōu)槭謺r(shí)按住鼠標(biāo)左鍵移動(dòng)到另一個(gè)模塊的輸入端，釋放鼠標(biāo)即可。如果信號(hào)線存在分路，按?。茫裕遥替I并同時(shí)將鼠標(biāo)放到信號(hào)線

77、上，等光標(biāo)變?yōu)槭旨纯梢龇种盘?hào)線。連線后系統(tǒng)如下圖。</p><p>　　圖5.1 仿真線路圖</p><p>　　其中 Starter模塊是封裝的子模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖。</p><p>　　圖5.2 Starter封裝子模塊 </p><p>　　5.2設(shè)置仿真參數(shù)和模塊參數(shù)</p><p>　　構(gòu)建好一

78、個(gè)系統(tǒng)的模型之后，接下來(lái)的事情就是運(yùn)行模型，得出仿真結(jié)果。運(yùn)行一個(gè)仿真的完整過(guò)程分成三個(gè)步驟：設(shè)置仿真參數(shù)，啟動(dòng)仿真和仿真結(jié)果分析。</p><p>　　一．首先對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行配置：</p><p>　　在SIMULINLK模型編輯窗中執(zhí)行“Simulation”/“Simulation Parameters”菜單命令，或者按下快捷鍵Ctrl+E，打開(kāi)SIMULINLK仿真參數(shù)配置對(duì)話框，

79、它主要用三個(gè)頁(yè)面來(lái)管理仿真的參數(shù)：</p><p>　　1．Solver頁(yè)，它允許用戶設(shè)置仿真的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，選擇解法器，說(shuō)明解法器參數(shù)及選擇一些輸出選項(xiàng)。</p><p>　　2．Workspace I/O頁(yè)，作用是管理模型從MATLAB工作空間的輸入和對(duì)它的輸出。</p><p>　　3．Diagnostics頁(yè)，允許用戶選擇SIMULINLK在仿真中顯示的警

80、告信息的等級(jí)。</p><p>　　二．然后對(duì)模型中各個(gè)模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。查看和修改一個(gè)模塊的參數(shù)和屬性的方法是：</p><p>　　在模塊庫(kù)瀏覽器中找到該模塊，選中該模塊后點(diǎn)擊鼠標(biāo)，把它加入到一個(gè)模型窗口中。然后選中模塊，右擊鼠標(biāo)，在彈出的快捷菜單中單擊Block parameters 選項(xiàng)，即可打開(kāi)該模塊的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。</p><p>　　三．最后根據(jù)以

81、上描述和仿真要求對(duì)仿真參數(shù)和模型中各個(gè)模塊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　5.3 仿真結(jié)果分析</p><p>　　仿真線路繪制正確以及仿真參數(shù)與模塊參數(shù)配置正確后，點(diǎn)擊模型編輯窗工具欄上的“”運(yùn)行仿真模型。示波器輸出串電阻啟動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流仿真結(jié)果。</p><p>　　一．電流與轉(zhuǎn)速關(guān)系仿真結(jié)果：</p><p>　　圖5.3電流

82、與轉(zhuǎn)速關(guān)系仿真結(jié)果圖</p><p>　　由電流與轉(zhuǎn)速關(guān)系仿真結(jié)果可看出電流Ia與轉(zhuǎn)速w成線性關(guān)系變化，當(dāng)電流Ia增大時(shí)，會(huì)促使反電動(dòng)勢(shì)增加，因此轉(zhuǎn)速w隨之增大，起動(dòng)后達(dá)到穩(wěn)定。</p><p><b>　　二．轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果：</b></p><p>　　圖5.4轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果圖</p><p>　　由轉(zhuǎn)速的仿真結(jié)果可看出

83、轉(zhuǎn)速n 變化的連續(xù)性，這是由于機(jī)械慣性的作用，換接瞬間速度不變。但是由于時(shí)間常數(shù)不同，導(dǎo)致每次啟動(dòng)的時(shí)間不同，所串電阻越大，啟動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)。但可通過(guò)改變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載轉(zhuǎn)矩來(lái)調(diào)整啟動(dòng)時(shí)間。此外由于啟動(dòng)級(jí)數(shù)較多，轉(zhuǎn)速上升較為平穩(wěn)。</p><p><b>　　三．電流仿真結(jié)果：</b></p><p>　　圖5.5 電流仿真結(jié)果</p><p>　　

84、由電流的仿真結(jié)果可看出，啟動(dòng)電流被限制在允許的范圍內(nèi)。這是因?yàn)閱?dòng)時(shí)n = 0，端電壓基本上由電阻壓降平衡。而其他時(shí)刻轉(zhuǎn)子已處于加速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，反電勢(shì)動(dòng)態(tài)增加，與穩(wěn)態(tài)計(jì)算的Imax相差較大。這說(shuō)明了本方法的有效性。但值得注意的是，以上外串電阻的阻值是在勵(lì)磁電流穩(wěn)定的情況下算出的，當(dāng)勵(lì)磁電流未穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行電樞回路串電阻啟動(dòng)，啟動(dòng)電流降超過(guò)允許范圍。</p><p><b>　　四．轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果：</b

85、></p><p>　　圖5.6轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果</p><p>　　由轉(zhuǎn)矩的仿真結(jié)果可看出每次換接轉(zhuǎn)矩變化范圍相同，在每條特性上隨轉(zhuǎn)速增加而減小，其特性可通過(guò)改變分級(jí)級(jí)數(shù)來(lái)控制。</p><p><b>　　五．電壓仿真結(jié)果：</b></p><p>　　圖5.7電壓仿真結(jié)果圖</p><p>

86、;　　由電壓仿真結(jié)果可看出每次起動(dòng)電流發(fā)生突發(fā)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的電壓會(huì)發(fā)生一次跳變，最后起動(dòng)結(jié)束，達(dá)到額定電壓運(yùn)行。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本篇論文主要討論了基于MATLAB的直流電機(jī)分級(jí)起動(dòng)過(guò)程模擬。首先需要了解的就是直流電機(jī)的原理及其起動(dòng)過(guò)程與要求，還要了解MATLAB軟件的相關(guān)知識(shí)，由于關(guān)于直流電機(jī)和MATLAB仿真工具

87、的知識(shí)我接觸的比較少，所以我用了大量的時(shí)間來(lái)做這些準(zhǔn)備工作。在結(jié)束準(zhǔn)備工作之后，接著便是設(shè)計(jì)過(guò)程，首先要對(duì)分級(jí)起動(dòng)電阻進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，然后是用MATLAB仿真工具SIMULINK進(jìn)行模擬仿真，最后輸出結(jié)果。期間還包括開(kāi)題報(bào)告、任務(wù)書(shū)、審批表等的填寫(xiě)和提交，還有對(duì)外文相關(guān)文獻(xiàn)的翻譯，主要是鍛煉我們對(duì)專業(yè)英語(yǔ)的應(yīng)用能力。最后是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)論文的修改與整理。</p><p>　　與此同時(shí)，我也充分認(rèn)識(shí)到自身的許多不足：基礎(chǔ)

88、知識(shí)學(xué)得不夠扎實(shí)，缺乏綜合運(yùn)用及理論聯(lián)系實(shí)際的能力等。所以這次畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉了我將大學(xué)四年來(lái)所學(xué)到的知識(shí)能夠融會(huì)貫通、熟練應(yīng)用的能力，并做到了理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)了我的綜合運(yùn)用能力以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 顧繩谷編著. 電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ). 機(jī)械工業(yè)出版社. 第四版. 2007，5. &

89、lt;/p><p>　　2 董霖編著. MATLAB使用詳解. 電子工業(yè)出版社. 2008，4.</p><p>　　3薛定宇編著. 基于Matlab/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用. 清華大學(xué)出</p><p>　　版社. 2002，5. </p><p>　　4 劉慧穎編著． Matlab R2007基礎(chǔ)教程． 清華大學(xué)出版社

90、. 2008，7.</p><p>　　5 賈秋玲等編著． 基于MATLAB7.X/Simulink、Stateflow系統(tǒng)仿真、分析及設(shè)計(jì). 西北工業(yè)大學(xué)出版社. 2006，1.</p><p>　　6 張森，張正亮等編著. MATLAB仿真技術(shù)與實(shí)例應(yīng)用教程. 機(jī)械工業(yè)出版社.</p><p><b>　　2004,1.</b>&

91、lt;/p><p>　　7 鐘麟，王峰編著. MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用教程. 國(guó)防工業(yè)出版社. 2004,1.</p><p>　　8 李發(fā)海，王巖編著。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)。第3版。北京：清華大學(xué)出版社，2005</p><p>　　9陳伯時(shí)編.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　10 胡崇岳編.現(xiàn)代交

92、流調(diào)速技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先，感謝我的學(xué)校。大學(xué)四年，我學(xué)到了很多新的知識(shí)，同時(shí)我也改變了很多進(jìn)步了很多。而這些應(yīng)該歸功于我的學(xué)校。 其次，感謝所有授過(guò)我課的老師，無(wú)論是基礎(chǔ)課老師還是專業(yè)課老師。對(duì)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)為我在以后的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)－－通過(guò)學(xué)習(xí)英語(yǔ)知識(shí)，我基本掌握了外

93、文閱讀和翻譯的能力；通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識(shí)，我能夠熟練使用多種基本軟件和專業(yè)軟件的使用方法，包括基本辦公軟件word,excell,powerpoint，微軟的項(xiàng)目管理軟件project,繪圖工具軟件auto cad,以及自己查詢到并自學(xué)的一些專業(yè)軟件。 最后，特別感謝我的指導(dǎo)老師**老師。在*老師的悉心指導(dǎo)下，我對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)從一團(tuán)糟到有了初步的認(rèn)識(shí)到明確了任務(wù)目標(biāo)，再到基本工作的組織和完成以及對(duì)工作任務(wù)的檢查和整理。通過(guò)這樣一

94、個(gè)過(guò)程，使我更深一步地了解了電機(jī)工作原理及特性和MATLAB的仿真應(yīng)用。 最后，再次感謝所有幫助過(guò)我的同學(xué)和老師。</p><p>　　附錄：外文科技文獻(xiàn)及翻譯</p><p><b>　　DC Motors</b></p><p>　　At the most basic level, electric motors exist to

95、convert electrical energy into mechanical energy. This is done by way of two interacting magnetic fields -- one stationary, and another attached to a part that can move. A number of types of electric motors exist, but mo

96、st beam bots use DC motors in some form or another DC motors have the potential for very high torque capabilities (although this is generally a function of the physical size of the motor), are easy to miniaturize, and ca

97、n be "thro</p><p>　　Brushed DC motors </p><p>　　The classic DC motor design generates an oscillating current in a wound rotor, or armature, with a split ring commutator, and either a wound

98、or permanent magnet stator. A rotor consists of one or more coils of wire wound around a core on a shaft; an electrical power source is connected to the rotor coil through the commutator and its brushes, causing current

99、 to flow in it, producing electromagnetism. The commutator causes the current in the coils to be switched as the rotor turns, keeping the </p><p>　　Many of the limitations of the classic commutator DC motor

100、 are due to the need for brushes to press against the commutator. This creates friction. Sparks are created by the brushes making and breaking circuits through the rotor coils as the brushes cross the insulating gaps bet

101、ween commutator sections. Depending on the commutator design, this may include the brushes shorting together adjacent sections—and hence coil ends—momentarily while crossing the gaps. Furthermore, the inductance of the r

102、ot</p><p>　　Large brushes are desired for a larger brush contact area to maximize motor output, but small brushes are desired for low mass to maximize the speed at which the motor can run without the brushes

103、 excessively bouncing and sparking (comparable to the problem of " valve float " in internal combustion engines).Small brushes are also desirable for lower cost. Stiffer brush springs can also be used to make b

104、rushes of a given mass work at a higher speed, but at the cost of greater friction losses (lowe</p><p>　　Brushless DC motors </p><p>　　Some of the problems of the brushed DC motor are eliminated

105、 in the brushless design. In this motor, the mechanical "rotating switch" or commutator/brush gear assembly is replaced by an external electronic switch synchronised to the rotor's position. Brushless motor

106、s are typically 85-90% efficient or more, whereas DC motors with brush gear are typically 75-80% efficient. </p><p>　　Midway between ordinary DC motors and stepper motors lies the realm of the brushless DC m

107、otor. Built in a fashion very similar to stepper motors, these often use a permanent magnet external rotor, three phases of driving coils, one or more Hall effect sensors to sense the position of the rotor, and the assoc

108、iated drive electronics. The coils are activated, one phase after the other, by the drive electronics as cued by the signals from either Hall effect sensors or from the back EMF ( electromoti</p><p>　　Brushl

109、ess DC motors are commonly used where precise speed control is necessary, as in computer disk drives or in video cassette recorders, the spindles within CD, CD-ROM (etc.) drives, and mechanisms within office products suc