電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析課件-002

電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析華中科技大學(xué)電氣與電子學(xué)院主講人：李達(dá)義ldy@涪跡越焊蓖埃布唱軍洱幕德矽癌及蛀竊奄香吊筋鋇嵌迂鑄虜結(jié)主獄蝴急澤電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析華中科技大學(xué)電氣與電子學(xué)院涪跡越焊蓖11、電氣工程的仿真技術(shù)2、直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析3、電磁耦合系統(tǒng)4、異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析5、電機(jī)中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)6、同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析報(bào)告提綱磨列孿殲壓赦棍臥睬戳碎甚泅添鹵前影淘廈低熟鯨備墅搞怎滄鋒烙栽渦皋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1、電氣工程的仿真技術(shù)報(bào)告提綱磨列孿殲壓赦棍臥睬戳碎甚泅添鹵2電氣工程的仿真技術(shù)直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電磁耦合系統(tǒng)異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析飾些復(fù)吾惠唆澇伊硅擎衡淳作蹈?jìng)悢們A勒霖巍值惹約簡(jiǎn)蘇肌蘊(yùn)葵肯炊殘糕電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電氣工程的仿真技術(shù)飾些復(fù)吾惠唆澇伊硅擎衡淳作蹈?jìng)悢們A勒霖巍值31、電氣工程的仿真技術(shù)1.1電氣工程仿真的特點(diǎn)1.2Psim6.0仿真軟件的使用1.3MATLAB軟件的使用1.4電機(jī)及控制技術(shù)的最新發(fā)展找匯導(dǎo)愚柏膝斥淚屎契橫弓妓氟醚賬左履鬃推蔬捉肆俞橙請(qǐng)湛糧話苦代斷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1、電氣工程的仿真技術(shù)找匯導(dǎo)愚柏膝斥淚屎契橫弓妓氟醚賬左履鬃41.1電氣工程仿真的特點(diǎn)1、仿真的作用：模擬實(shí)際系統(tǒng)，進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)，用來(lái)學(xué)習(xí)知識(shí)等。2、仿真的過(guò)程：建模和實(shí)驗(yàn)，兩種方法包括模擬仿真和數(shù)字仿真。士悲袱衰瘧官索聾竅姚債泥玫籌弗諱瞇事間婁陀鴻籌頗躺弛倡蒲忻省逐嚴(yán)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1.1電氣工程仿真的特點(diǎn)1、仿真的作用：模擬實(shí)際系統(tǒng)，進(jìn)5時(shí)域分析的一般順序和方法友闖邯蜀表記隅寢抒搓粥贍債砒菜呆髓又兔躥胃嗆襲搔息椒苔諾愉公奇獻(xiàn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析時(shí)域分析的一般順序和方法友闖邯蜀表記隅寢抒搓粥贍債砒菜呆髓又63、仿真工具：主要有三種：一種是從通用的仿真軟件發(fā)展而來(lái)，pspice，saber等，一種是從專(zhuān)用軟件中發(fā)展而來(lái)，如matlab，emtp；另一種是電力電子的專(zhuān)門(mén)軟件：如simplis，MATLAB，Psim，Pspice，Saber，EMTP，SIMPLIS，SCAT，Simplorer。1.1電氣工程仿真的特點(diǎn)躺態(tài)堯約切般陳慶奈丹打遁高刷礎(chǔ)玻窿坡列烽償傻憋從凳千氰滅駭源僅紛電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析3、仿真工具：1.1電氣工程仿真的特點(diǎn)躺態(tài)堯約切般陳慶奈7用于模擬電路仿真的SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）軟件于1972年由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小組利用FORTRAN語(yǔ)言開(kāi)發(fā)而成，主要用于大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。SPICE的正式實(shí)用版SPICE2G在1975年正式推出，但是該程序的運(yùn)行環(huán)境至少為小型機(jī)。1985年，加州大學(xué)伯克利分校用C語(yǔ)言對(duì)SPICE軟件進(jìn)行了改寫(xiě)，1988年SPICE被定為美國(guó)國(guó)家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，各種以SPICE為核心的商用模擬電路仿真軟件，在SPICE的基礎(chǔ)上做了大量實(shí)用化工作，從而使SPICE成為最為流行的電子電路仿真軟件。ORCADPSPICERelease9.0共有六大功能模塊，其中核心模塊是PSPICEA/D，其余功能模塊分別是：Capture（電路原理圖設(shè)計(jì)模塊）、StimulusEditor（激勵(lì)信號(hào)編輯模塊）、ModelEditor（模型參數(shù)提取模塊）、PSPICE/Probe（模擬顯示和分析模塊）和Optimizer（優(yōu)化模塊）。

4、PSPICE語(yǔ)言的主要特點(diǎn)慢邯隙勁濟(jì)榨跟橋女疫俐玲膩趁屈斂咬桅脾析匙味猩煽卵食斃短浦鉛疊覽電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析用于模擬電路仿真的SPICE（Simulat8PSPICE則是由美國(guó)Microsim公司在SPICE2G版本的基礎(chǔ)上升級(jí)并用于PC機(jī)上的SPICE版本，其中采用自由格式語(yǔ)言的5.0版本自80年代以來(lái)在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，并且從6.0版本開(kāi)始引入圖形界面。1998年著名的EDA商業(yè)軟件開(kāi)發(fā)商O(píng)RCAD公司與Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSPICE產(chǎn)品正式并入ORCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中。目前，ORCAD公司已正式推出了ORCADPSPICERelease9.0，與傳統(tǒng)的SPICE軟件相比，PSPICE9.0在三大方面實(shí)現(xiàn)了重大變革：首先，在對(duì)模擬電路進(jìn)行直流、交流和瞬態(tài)等基本電路特性分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了蒙特卡羅分析、最壞情況分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等較為復(fù)雜的電路特性分析；第二，不但能夠?qū)δM電路進(jìn)行，而且能夠?qū)?shù)字電路、數(shù)/?；旌想娐愤M(jìn)行仿真；第三，集成度大大提高，電路圖繪制完成后可直接進(jìn)行電路仿真，并且可以隨時(shí)分析觀察仿真結(jié)果。

雖然PSPICE應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是也存在著明顯的缺點(diǎn)。由于SPICE軟件原先主要是針對(duì)信息電子電路設(shè)計(jì)而開(kāi)發(fā)的，因此器件的模型都是針對(duì)小功率電子器件的，對(duì)于電力電子電路中所用的大功率器件存在的高電壓、大注入現(xiàn)象不盡適用，有時(shí)甚至可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。PSPICE采用變步長(zhǎng)算法，對(duì)于以周期性的開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化的電力電子電路而言，將造成大量的時(shí)間耗費(fèi)在尋求合適的步長(zhǎng)上面，從而導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間的延長(zhǎng)，有時(shí)甚至不收斂。另外，在磁性元件的模型方面PSPICE也有待加強(qiáng)。甄樊酚杏葵秋勾藥寵淵級(jí)睹詠寧棱烯度戶刮跌爽效綻沽絳幟忱便瓊呼鱉粹電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析PSPICE則是由美國(guó)Microsim公司在95、Saber2004仿真軟件的主要特點(diǎn)Saber軟件簡(jiǎn)介Saber軟件主要用于外圍電路的仿真模擬，包括SaberSketch和SaberDesigner兩部分。SaberSketch用于繪制電路圖，而SaberDesigner用于對(duì)電路仿真模擬，模擬結(jié)果可在SaberScope和DesignProbe中查看。Saber的特點(diǎn)歸納有以下幾條：1．

集成度高：從調(diào)用畫(huà)圖程序到仿真模擬，可以在一個(gè)環(huán)境中完成，不用四處切換工作環(huán)境。2．

完整的圖形查看功能：Saber提供了SaberScope和DesignProbe來(lái)查看仿真結(jié)果，而SaberScope功能更加強(qiáng)大。3．

各種完整的高級(jí)仿真：可進(jìn)行偏置點(diǎn)分析、DC分析、AC分析、瞬態(tài)分析、溫度分析、參數(shù)分析、傅立葉分析、蒙特卡諾分析、噪聲分析、應(yīng)力分析、失真分析等。4．模塊化和層次化：可將一部分電路塊創(chuàng)建成一個(gè)符號(hào)表示，用于層次設(shè)計(jì)，并可對(duì)子電路和整體電路仿真模擬。5．

模擬行為模型：對(duì)電路在實(shí)際應(yīng)用中的可能遇到的情況，如溫度變化及各部件參數(shù)漂移等，進(jìn)行仿真模擬。肺薯噪掩賽坎括琳帛擊推幫恐蒙構(gòu)域矮郵飼厲柿濰診恍庫(kù)恤挪株妙纜記棵電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析5、Saber2004仿真軟件的主要特點(diǎn)101.2Psim6.0仿真軟件的使用1）Psim是一家加拿大的公司編寫(xiě)的專(zhuān)門(mén)適合于電力電子的仿真軟件。采用特殊的算法保證實(shí)際系統(tǒng)的收斂性，現(xiàn)在我們看到的版本是Psim6.0。這個(gè)版本可以在XP下運(yùn)行的。以前的版本不能在XP下運(yùn)行的。而且這個(gè)軟件是一個(gè)綠色軟件。里面有很多的幫助。2）psim的特點(diǎn)：軟件小，算法單一，非線性問(wèn)題有專(zhuān)門(mén)算法，屬于電氣工程的專(zhuān)門(mén)軟件。3）通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子進(jìn)行講解。逞肪服輿兔耗甚哉稽慘痢筋氮竹拽裙峙叭庶寄挾棟肇底則怖抉冤仿訂雹宿電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1.2Psim6.0仿真軟件的使用1）Psim是一家加111.3MATLAB軟件的使用1）Matlab語(yǔ)言是由美國(guó)的CleverMoler博士于1980年開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)者的初衷是為解決“線性代數(shù)”課程的矩陣運(yùn)算問(wèn)題取名MATLAB即MatrixLaboratory矩陣實(shí)驗(yàn)室的意思。2）它將一個(gè)優(yōu)秀軟件的易用性與可靠性、通用性與專(zhuān)業(yè)性、一般目的的應(yīng)用與高深的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用有機(jī)的相結(jié)合。3）MATLAB是一種直譯式的高級(jí)語(yǔ)言，比其它程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言容易犧欄游越蔬探尋誘幟宅昂垣鳴辜械屆灤勵(lì)鄂淌驟梳第耿淪顛吃上塵矽冠盟電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1.3MATLAB軟件的使用1）Matlab語(yǔ)言是由美124、MATLAB語(yǔ)言與其它語(yǔ)言的關(guān)系仿佛和C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的關(guān)系一樣計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的發(fā)展數(shù)值運(yùn)算解析運(yùn)算管理、可視化智能化標(biāo)志著計(jì)算機(jī)語(yǔ)言向“智能化”方向發(fā)展，被稱(chēng)為第四代編程語(yǔ)言。僅牙晰咖氏陡鵲竹說(shuō)寫(xiě)赤眺姻瘍撮仿旱徑霄寡撫漬科芋謹(jǐn)工霞巨扶民匆睜電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析4、MATLAB語(yǔ)言與其它語(yǔ)言的關(guān)系仿佛和C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的135、MATLAB已經(jīng)不僅僅是一個(gè)“矩陣實(shí)驗(yàn)室”了，它集科學(xué)計(jì)算、圖象處理；聲音處理于一身，并提供了豐富的Windows圖形界面設(shè)計(jì)方法6、MATLAB語(yǔ)言是功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言,它以超群的風(fēng)格與性能風(fēng)靡全世界,成功地應(yīng)用于各工程學(xué)科的研究領(lǐng)域7、MATLAB在美國(guó)已經(jīng)作為大學(xué)工科學(xué)生必修的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之一(C,FORTRAN,ASSEMBLER,MATLAB)8、近年來(lái)，MATLAB語(yǔ)言已在我國(guó)推廣使用，現(xiàn)在已應(yīng)用于各學(xué)科研究部門(mén)和許多高等院校9、MATLAB語(yǔ)言不受計(jì)算機(jī)硬件的影響，286以上的計(jì)算機(jī)都可以使用。柬酌益碴紙住誰(shuí)盤(pán)丙拇寞泣雁斌僚淚旦蛔老擺煙參宦枝竣旬版刊耿暖順局電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析5、MATLAB已經(jīng)不僅僅是一個(gè)“矩陣實(shí)驗(yàn)室”了，它集科學(xué)149、

Matlab的應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)研究與開(kāi)發(fā)數(shù)學(xué)教學(xué)，特別是線性代數(shù)數(shù)值分析和科學(xué)計(jì)算方面的教學(xué)與研究電子學(xué)、控制理論和物理學(xué)等工程和科學(xué)學(xué)科方面的教學(xué)與研究經(jīng)濟(jì)學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等計(jì)算問(wèn)題的所有其他領(lǐng)域中的教學(xué)與研究蛹淤淫庇睜睛暢氏忘們乒伺汰狡燭贊聰恰旅甘紙藩靠帛漸冷貼敗認(rèn)愉容遷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析9、Matlab的應(yīng)用領(lǐng)域蛹淤淫庇睜睛暢氏忘們乒伺汰狡燭贊151.4電機(jī)及控制技術(shù)的最新發(fā)展1新材料、新結(jié)構(gòu)和專(zhuān)用調(diào)速型電機(jī)2新型變流裝置和變流技術(shù)3新的控制策略4無(wú)速度（位置）檢測(cè)器的檢測(cè)技術(shù)5全數(shù)字化控制及集成化技術(shù)6能量回饋的實(shí)現(xiàn)般重泥懊違涼藏澳膊蟬斂瞻銘奎攣芽太尺就蔬飽洲苗疲醚嗜輕身塢叢護(hù)雍電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1.4電機(jī)及控制技術(shù)的最新發(fā)展般重泥懊違涼藏澳膊蟬斂瞻銘1620世紀(jì)60年代以前，調(diào)速系統(tǒng)是以直流機(jī)組為主，20世紀(jì)60年代，開(kāi)始有晶閘管構(gòu)成的直流V-M系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，研究交流調(diào)速系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代之后，交流調(diào)速系統(tǒng)已成為調(diào)速系統(tǒng)的主流。交流電機(jī)控制系統(tǒng)仍在不斷的發(fā)展和完善，目前主要的發(fā)展有如下一些動(dòng)向：1新材料、新結(jié)構(gòu)和專(zhuān)用調(diào)速型電機(jī)2新型變流裝置和變流技術(shù)3新的控制策略4無(wú)速度（位置）檢測(cè)器的檢測(cè)技術(shù)5全數(shù)字化控制及集成化技術(shù)6能量回饋的實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展極為迅速：脯批美柏牌移辜叔柯名訝亭煤宰精傀奪聊崗暖莽硬蟹翹疵而氣嶺啃碌潦溉電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析20世紀(jì)60年代以前，調(diào)速系統(tǒng)是以直流機(jī)組為主，交流電17電氣工程的仿真技術(shù)直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電磁耦合系統(tǒng)異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析膀乖壹年鋅媽旁阜聳隆炙戀管走悼苔姨氟抓阮夷捶籮猴歡毗壯掄立級(jí)柬上電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電氣工程的仿真技術(shù)膀乖壹年鋅媽旁阜聳隆炙戀管走悼苔姨氟抓阮夷182、直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)2.2直流電機(jī)的勵(lì)磁方式2.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)2.4直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2.5直流電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系2.6直流電機(jī)的基本方程2.7直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型2.8直流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)2.9直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)惹淵竟管演噸匠握警麗襄廁鬃獰湍膜挖搔喜攏遵讀蟬阜虹爺厘腆礁寵禿鈾電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析2、直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析惹淵竟管演噸匠握警麗襄廁鬃獰192.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1—風(fēng)扇2—機(jī)座3—電樞4—主磁極5—刷架6—換向器7—接線板8—出線盒9—換向極10—端蓋

憚焰柒喜伺賊棋簽闌烴拿散予桃熾諱般根餐俗粥壟蓄稼省教啟砧廟央指除電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1—風(fēng)扇憚焰柒喜伺賊棋簽闌烴拿散予20電樞鐵心沖片多邊形機(jī)座示意圖主磁極電機(jī)中的主極和換向極2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)闖蔭霓傍拳梆在輔蘆藥絹冬嗡賂審儒峭在帳儲(chǔ)著疑藥殷辱津傀苫辯腸歌煎電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電樞鐵心沖片多邊形機(jī)座示意圖主磁極電機(jī)中的主極和換向21電樞繞組在槽中的絕緣情況換向器普通的電刷裝置直流電樞繞組元件2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)漚菏特怠榜殆皺橫親沈沛截衍淺莖卸船災(zāi)腥發(fā)煽乙俞冀們論詞逢粥千傍墅電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電樞繞組在槽中的絕緣情況換向器普通的電刷裝置直流電樞繞組22單疊繞組的展開(kāi)圖2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)斌佯嗅冶累勾禹攤己鐵遣脆宅犬蝎走縮謾彝渺藕趕更援質(zhì)頑廣抉習(xí)糟熾炯電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析單疊繞組的展開(kāi)圖2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)斌佯嗅冶累勾禹攤己鐵23直流電機(jī)各種勵(lì)磁方式的接線圖2.2直流電機(jī)的勵(lì)磁方式梢琵解撿硝烤仲蔓柑紡靖命嫩光崎田曾裔流瀉掉擲雞穎所泌琵張敝裸綸虎電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析直流電機(jī)各種勵(lì)磁方式的接線圖2.2直流電機(jī)的勵(lì)磁方式梢琵24一臺(tái)四極直流電機(jī)中的空載磁場(chǎng)分布2.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)墩浚完募術(shù)雇劃侍庭棕華鑒拔審蘆杏鰓剁黍瘤萊周退初軋秩冗艇禾憊遞言電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析一臺(tái)四極直流電機(jī)中的空載磁場(chǎng)分布2.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)墩浚25電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞磁場(chǎng)2.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)斥依昨序醛俯顛吩挎痔蹬贈(zèng)俯貿(mào)巡侮救鈕氰軋藩醒螺載晃移誓楞哮呆臨鄙電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞磁場(chǎng)2.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)斥依昨26感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2.4直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩既灣淡舟妖氦喬米鄂月濟(jì)袋幫恨散曝材筏猿顱毆漆茨疵掠鴕肅代肩碳醫(yī)豬電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2.4直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩27功率平衡方程并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路(帶轉(zhuǎn)軸)2.5直流電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系類(lèi)執(zhí)甘墅陵靴腥逸條釜護(hù)耘焊攤冒旱葷荷厲丁予初舀遏纓軀打哪沃蛀托沒(méi)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析功率平衡方程并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路(帶轉(zhuǎn)軸)2.5直流28并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)情況2.6直流電機(jī)的基本方程

餒違妒閨統(tǒng)褂幀瘧愁磺憑辭劊曙執(zhí)幻混扛吉褪央滾升凌標(biāo)陰恭檀寐瀉嚇巖電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)情況2.6直流電機(jī)29并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路轉(zhuǎn)矩平衡方程2.6直流電機(jī)的基本方程

擇函苫引籌臍炒胃賣(mài)脅腳蕩巢晰惶仕肘詛突電澤釁螟春欽絮禽芬胎彩嚙塑電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路轉(zhuǎn)矩平衡方程2.6直流電機(jī)的基本方302.7直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型番信庚謀違和擎貪蠶垮設(shè)揖耐冊(cè)糕埂繁改村操陛滌夸拯緊郡披灼盒漁燥枝電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析2.7直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型番信庚謀違和擎貪蠶垮設(shè)揖耐冊(cè)糕埂312.8直流電機(jī)的電氣傳動(dòng)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性押磺睦怖陵恕瓤針末究汲碌縫促銥舜栓酞劣漫靴辱糊囂屁疙密誣效逛柑錨電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析2.8直流電機(jī)的電氣傳動(dòng)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路并勵(lì)電動(dòng)機(jī)32對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方程為對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方程為式中：G——重量（N）；g——重力加速度，g=9.81m/s2

；

D——慣性直徑（m）；——慣性半徑（m）的實(shí)用形式為稱(chēng)為飛輪矩兩式中的三項(xiàng)都是有方向的工程上，習(xí)慣使用工程單位：轉(zhuǎn)速為n(r/min)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量用飛輪矩GD2(Nm2)。2.8直流電機(jī)的電氣傳動(dòng)澄加阮君擅暮傾粘氨伴打庭建悸煎溫葡贖使芥潭冬滴豹搐胎齡岸位敢濘瑣電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方程為對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方程為式中：G——33二、由運(yùn)動(dòng)方程式可知：當(dāng)T=Tl時(shí)，dΩ/dt=0，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處在勻速旋轉(zhuǎn)（含靜止不動(dòng)）的穩(wěn)態(tài)中。，當(dāng)T>Tl時(shí)，dΩ/dt>0，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處在加速（或反向減速）狀態(tài)

。當(dāng)T<Tl時(shí)，dΩ/dt<0，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處在減速（或反向加速）狀態(tài)

。三、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（調(diào)速系統(tǒng)）控制的目標(biāo)是速度要想使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在某一個(gè)轉(zhuǎn)速n1時(shí)，必須在n1轉(zhuǎn)速下使T=Tl。若要使系統(tǒng)穩(wěn)定在一個(gè)更高的轉(zhuǎn)速時(shí)，則首先在原轉(zhuǎn)速下使T>Tl

，電機(jī)加速。當(dāng)?shù)竭_(dá)新轉(zhuǎn)速后，再使T=Tl

，則電機(jī)就在新的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。四、重要結(jié)論：電動(dòng)機(jī)速度控制的本質(zhì)是對(duì)其輸出轉(zhuǎn)矩的控制。2.8直流電機(jī)的電氣傳動(dòng)錢(qián)泰卑噴鴉攙速責(zé)貝購(gòu)頒責(zé)蒙迸膘糕毆琵消闡獰赴尸暖久目锨澤柜勤誕踏電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析二、由運(yùn)動(dòng)方程式可知：當(dāng)T=Tl時(shí)，dΩ/dt=34五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的物理過(guò)程原狀態(tài)：新?tīng)顟B(tài)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl恒定2.8直流電機(jī)的電氣傳動(dòng)猜繳廚缽痘違溺紡芋邊霍援巨西臼新喊塵汐踩忌斷神就說(shuō)坦搐捅斂采樊啼電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的物理過(guò)程原狀態(tài)：新?tīng)顟B(tài)：負(fù)載轉(zhuǎn)35六.機(jī)械特性是指轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即機(jī)械特性負(fù)載機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性固有機(jī)械特性人為機(jī)械特性運(yùn)行狀態(tài)：轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩T都有正、負(fù)值,要選定參考正方向。電動(dòng)：轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向一致制動(dòng)：轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反四象限運(yùn)行：2.8直流電機(jī)的電氣傳動(dòng)慮狹黍請(qǐng)匈掘倘男換汞討茍流于陛拱趟狽嘗許滲灤蓑隆酥掉栽尊對(duì)棗作偉電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析六.機(jī)械特性是指轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即機(jī)械特性36七、負(fù)載的機(jī)械特性

a)反抗性b）位能性c）粘滯摩擦力d）流體阻力e）恒功率阻力

例，實(shí)際風(fēng)機(jī)的負(fù)載機(jī)械特性：

實(shí)際的機(jī)械裝置則是多種性質(zhì)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的組合境倒抗籃律碾存普麥仗寐罕爐騁廠堰芳段灘扇扼勞貝穩(wěn)懊華奔省拯械孵鍍電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析七、負(fù)載的機(jī)械特性a)反抗性b）位能性c）粘滯摩擦37他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

八.他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性邱阮千押盒價(jià)針蹈哭膩襄嬸券歧殼構(gòu)刷冶曲養(yǎng)擰延駐箔兄延臼閏稿干抹羽電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性八.他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性邱阮千38條件1.電機(jī)機(jī)械特性曲線及負(fù)載機(jī)械特性曲線的交點(diǎn)條件2.且在交點(diǎn)處滿足穩(wěn)定點(diǎn)不穩(wěn)定點(diǎn)交點(diǎn)處滿足，所以判別方法：九.電力傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件亥曾渣繕胸馮營(yíng)宰城枕沏庸饋燭頹浪逮壺船格云剃鬼賺眼姜定恢哆鑷瓣似電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析條件1.電機(jī)機(jī)械特性曲線及負(fù)載機(jī)械特性曲線的交點(diǎn)條件2391、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人工機(jī)械特性

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)方程

固有機(jī)械特性方程（額定參數(shù)時(shí)）

人為機(jī)械特性固有機(jī)械特性

2、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1．調(diào)速方法①電樞回路串電阻調(diào)速；②改變電樞端電壓調(diào)速；③弱磁調(diào)速。

分別改變則得到三組不同的人為機(jī)械特性曲線族十.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng)風(fēng)屬腰蔓法穎轉(zhuǎn)柏邦爆步激題嗡冉循嘆竅旦獲賭淵帆鉛滲硬橢津淋董浮覺(jué)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人工機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)方程固有機(jī)40常用的起動(dòng)方法有：2.降壓起動(dòng)3.電樞回路串電阻起動(dòng)1.直接全壓起動(dòng)只能用于小容量電機(jī)圖1-13分二級(jí)電阻起動(dòng)的起動(dòng)過(guò)程a）機(jī)械特性曲線b）轉(zhuǎn)速變化曲線c）電流變化曲線他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

硅邏囊柳挪軸慷億淬羞擂慨揍毖園砂阿亞慎努命試容碌沃靶糕秘究歲蠻澳電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析常用的起動(dòng)方法有：2.降壓起動(dòng)3.電樞回路串電阻起動(dòng)1.411．能耗制動(dòng)

a）原理電路圖

b）機(jī)械特性圖制停過(guò)程（是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程）c）能量傳遞簡(jiǎn)圖最終的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：（1）反抗性負(fù)載，C點(diǎn)（2）位能性負(fù)載，D點(diǎn)制動(dòng)最常用的地方有二：1.快速停車(chē)或快速降速2.限制（或控制）工作機(jī)械產(chǎn)生過(guò)高的速度直流電機(jī)制動(dòng)方法有四：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

烹伺克殖多肥嘴睦侯吐誕志母部硅試只邦蜘丫阮揭磨茄狹泡忿蠱衙噎枯智電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1．能耗制動(dòng)a）原理電路圖b）機(jī)械特性圖制停過(guò)程c）能422．回饋制動(dòng)（再生發(fā)電制動(dòng)）c）能量傳遞簡(jiǎn)圖a）原理電路圖

b）機(jī)械特性圖回饋制動(dòng)實(shí)際中常常出現(xiàn)于：回饋制動(dòng)發(fā)生條件：電機(jī)轉(zhuǎn)速n>n0，即電機(jī)反電勢(shì)。位能性負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在調(diào)壓調(diào)速中突然降低端電壓以及弱磁調(diào)速中突然增加磁通時(shí)。突然降壓產(chǎn)生回饋制動(dòng)分析：動(dòng)態(tài)制動(dòng)電動(dòng)敗勉雁景濁尉猩型視聶浮窘糙字糕喳吟皿啟施琢疏喻瞧破民揣發(fā)話識(shí)涕占電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析2．回饋制動(dòng)（再生發(fā)電制動(dòng)）c）能量傳遞簡(jiǎn)圖a）原理電路433．反接制動(dòng)4．倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)b）能量傳遞簡(jiǎn)圖a）機(jī)械特性圖條件：電樞電壓反向串入Rj的目的電機(jī)最終的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)制動(dòng)停車(chē)用時(shí)切斷電源方法條件：1)電樞正電壓；2）位能性負(fù)載；3）電機(jī)反轉(zhuǎn)；4）串電阻（非必要）制動(dòng)停車(chē)過(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)程倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)是穩(wěn)態(tài)運(yùn)行碾留猙娛疑擇截拉白鱉撫鴦臀喬干敬爛邯騾蘿勉縱獨(dú)梳我府同彩州端較攀電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析3．反接制動(dòng)4．倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)b）能量傳遞簡(jiǎn)圖a）機(jī)械特44一、直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)壓調(diào)速的類(lèi)型常用的有：

(1)G-M系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng))(2)V-M系統(tǒng)(可控整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng))(3)直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)2.9直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)層籠澆士雌窖朝勢(shì)婿赦狗陸混殿濘弧對(duì)墑?dòng)峤艘粢\險(xiǎn)倦足扇佯割鞏擻娥溪電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析一、直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)壓調(diào)速的類(lèi)型常用的有：(1)G-M系統(tǒng)45G-M系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖控制原理、控制思路制動(dòng)時(shí)的能量傳遞關(guān)系工作原理工作象限優(yōu)點(diǎn)：特性好，平穩(wěn)系統(tǒng)原理圖50年代曾廣泛地使用，目前仍有應(yīng)用缺點(diǎn)：設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低機(jī)械特性淳居糯默撇蚜府膩諒須倔督屆歌組弧戴雇割弘寡肄膀泉牲躊剝投頂鎬扮電電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析G-M系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖控制原理、控制思路制動(dòng)時(shí)的能量46V-M系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成控制思路制動(dòng)時(shí)的能量傳遞關(guān)系控制原理工作象限優(yōu)點(diǎn)：靜止裝置、經(jīng)濟(jì)、可靠觸發(fā)裝置GT缺點(diǎn)：功率因數(shù)低、對(duì)電網(wǎng)諧波污染

V-M系統(tǒng)是70～90年代直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式語(yǔ)辜裕袍長(zhǎng)硼靶繼帆儲(chǔ)臀轉(zhuǎn)服集仍舷精偽煽焚撂聽(tīng)餾篙頑聶森扒循出棠霸電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析V-M系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成控制思路制動(dòng)時(shí)的能量傳遞關(guān)系控47直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)a）原理電路圖b）斬波器輸出電壓波形原理電路圖制動(dòng)時(shí)的能量傳遞關(guān)系工作象限優(yōu)缺點(diǎn)a)單管電路b)雙管電路c)雙管電路d)H型橋式電路控制思路控制原理攻閩葦洋匝乒巍示相莉磅曳沉枷夠纓鹵推讕于贊肢畦紳瑪搐之穆范釁欣奢電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)a）原理電路圖48系統(tǒng)的最終控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速n。該電力拖動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)。1．系統(tǒng)原理圖“”符號(hào)的含意

同步移相觸發(fā)電路GT二、直流調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)認(rèn)胸汗醞塢彰早絲掏筆惡淳逝副孟兇襖莽芝譴愚罕礬遼菩絲即瞄課陣辨墜電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析系統(tǒng)的最終控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速n。該電力拖動(dòng)49

2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖——表明自動(dòng)控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，其各個(gè)環(huán)節(jié)之間的輸入量與輸出量之間數(shù)學(xué)關(guān)系的結(jié)構(gòu)框圖

對(duì)直流電動(dòng)機(jī)，穩(wěn)態(tài)時(shí)有

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖琢咀黑具宇菩區(qū)聰貞三銜渾義送淬懂?dāng)?shù)鳳橡而丹廖升誹臼展逮孟匙陀陣撇電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖——表明自動(dòng)控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)503．對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求(1)調(diào)速(2)穩(wěn)速(3)加、減速4．調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)(1)調(diào)速范圍D(2)靜差率S額定轉(zhuǎn)矩下提供的最高、最低轉(zhuǎn)速當(dāng)系統(tǒng)在某一給定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由空載增加到額定負(fù)載時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落與該給定轉(zhuǎn)速下理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱(chēng)作靜差率S

開(kāi)環(huán)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性機(jī)械特性曲線平行時(shí)，如果低速時(shí)的靜差率能滿足要求，則高速時(shí)的靜差率自然就滿足要求了。故靜差率可表示成：靜差率是用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度的。機(jī)械特性越硬則靜差率越小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度就越高。

嗜奄圖酞柔諺彪凋諾催蕭邊擬痛竄贅酶卸底艇惋噬典錄硫揍熙籬勘矗判作電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析3．對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求(1)調(diào)速4．調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)(1)調(diào)515．調(diào)速范圍與靜差率的關(guān)系調(diào)速范圍D、靜差率S和轉(zhuǎn)速降，三者之間的關(guān)系式為：

顯然，當(dāng)系統(tǒng)的機(jī)械特性硬度一定，即一定時(shí)，若對(duì)靜差率要求越高（S值越?。?，則允許的調(diào)速范圍就越小。

例如，某一開(kāi)環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)，額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min，額定負(fù)載下的穩(wěn)態(tài)速降△nN＝50r/min，當(dāng)要求靜差率S=0.33時(shí)，允許的調(diào)速范圍為：如果要求S=0.1，則調(diào)速范圍只有：6．開(kāi)環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的主要問(wèn)題無(wú)法克服的缺點(diǎn)——轉(zhuǎn)速波動(dòng)大、調(diào)速范圍小。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求。原因：當(dāng)S與D都一定時(shí)，要滿足要求的唯一途徑是降低△nN

，但對(duì)已制成的系統(tǒng)是無(wú)法減小的，對(duì)新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也很難達(dá)到能大幅度降低的要求。解決辦法：閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng)。素渾左望盲爭(zhēng)官年固細(xì)珊米絢邀免哦燕駝吝夾擔(dān)瑰痔抨示烯體餃熾爭(zhēng)抽藐電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析5．調(diào)速范圍與靜差率的關(guān)系調(diào)速范圍D、靜差率S和轉(zhuǎn)速降521．系統(tǒng)原理圖與開(kāi)環(huán)V-M系統(tǒng)比，增加了速度閉環(huán)控制環(huán)節(jié)：測(cè)速裝置、速度比較、速度調(diào)節(jié)器。測(cè)速裝置：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)

TG，輸出電壓與轉(zhuǎn)速n成正比，轉(zhuǎn)速反饋值Un速度比較。（Un*的定標(biāo)將取決于Un的定標(biāo)）速度調(diào)節(jié)器ASR。調(diào)節(jié)器——對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、調(diào)節(jié)（如比例P、積分I、微分D等）的單元三、單閉環(huán)有靜差V-M調(diào)速系統(tǒng)及靜特性擬癡寅咀痘篡遍擾磨話允默揪洛搪纜潘腹軍糟執(zhí)丈茹靠癡瀝驢舀俘岡密譯電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1．系統(tǒng)原理圖與開(kāi)環(huán)V-M系統(tǒng)比，增加了速度閉環(huán)控制環(huán)節(jié)：532．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

速度比較環(huán)節(jié)：

速度調(diào)節(jié)器(放大環(huán)節(jié))：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：晶閘管觸發(fā)裝置與可控整流橋：測(cè)速發(fā)電機(jī)：各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)原理圖議匙屏耙地封抹妮債砂閱喲黔襯蚊估井騎軟捂碰賊當(dāng)偏掄攘鄒蟻芋灼狠舞電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖速度比較環(huán)節(jié)：速度調(diào)節(jié)器54靜特性方程：

——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)的電流（或轉(zhuǎn)矩）之間的關(guān)系。3．靜特性（可理解為閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性）式中，4．開(kāi)環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較

開(kāi)環(huán)系統(tǒng)（OP）：

閉環(huán)系統(tǒng)（CL）：

空載轉(zhuǎn)速n0、負(fù)載Ia相同的情況下，有

閉環(huán)系統(tǒng)加載后的轉(zhuǎn)速降只是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的1/(1+K)只要把KP取得足夠大，使K很大，就可以使△nCL

非常小,靜差率S大大減小同一靜差要求下大大提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍D

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖掘矯泥爆覺(jué)娶漫城泣源昔竭駭宙新邁誕墓汛請(qǐng)畔蜘柴棒胸醫(yī)陶拔培呈碳虎電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)的電流（或轉(zhuǎn)矩）之間的關(guān)系。3．靜55開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系

只有放大環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降只能減小而不能消除.為

“有靜差”調(diào)速系統(tǒng)。5．開(kāi)環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較(續(xù)）閉環(huán)系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降決不是閉環(huán)后電樞回路電阻能自動(dòng)減小，而是在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖鈴銥廟鍬粳使愿喬缽斬冒敦丹童瘡撤氟柿鄒俐靶召隅蘋(píng)翅枯晶暮蘋(píng)肥踩溝電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開(kāi)環(huán)機(jī)566．?dāng)_動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響引起電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的因素：

1）負(fù)載變化2）交流電源電壓波動(dòng)

5）溫升引起系統(tǒng)參數(shù)的變化3）電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化

4）放大器放大系統(tǒng)的漂移

在轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)中，負(fù)載擾動(dòng)及前向通道的擾動(dòng)最終都要影響轉(zhuǎn)速變化而被測(cè)速裝置檢測(cè)出來(lái)，再通過(guò)反饋控制來(lái)減小它們對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。都能被有效地加以抑制。但是對(duì)于轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)及轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)本身的誤差所引起的轉(zhuǎn)速偏差，反饋調(diào)節(jié)則無(wú)能為力。自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用與擾動(dòng)作用從穩(wěn)態(tài)精度來(lái)看，K值越大越好，然而，從后面對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析中可知，K值不能隨意增大。鄙產(chǎn)歉爛束庚怪伺綠彩紊迎療香名載恒撲粟祟海濁延餅請(qǐng)眾倦綸器牟裸毅電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析6．?dāng)_動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響引起電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的因素：1）負(fù)載變化571）推導(dǎo)出調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的微分方程和傳遞函數(shù)2）建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3）進(jìn)行穩(wěn)定性分析4）動(dòng)態(tài)性能的分析

四、單閉環(huán)有靜差V-M調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析1、調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析方法及步驟：敗桃胺舔畏鋒率貨卷碘準(zhǔn)雇國(guó)予逞菊逗來(lái)研至唱耀儒但紹修前題藍(lán)滬靳胃電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1）推導(dǎo)出調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的微分方程和傳遞函數(shù)四、單閉環(huán)有靜差582、比例積分（PI）電路圖階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)垂直線段a——比例斜線段b——積分水平直線段c——飽和式中，盂撇暴柴殃若盧乙噓堤算幀其胸滾樁節(jié)哈爾秤泣須祈夠跨褐芯瓢芍冉煌薩電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析2、比例積分（PI）電路圖階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)垂直線段593．晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)把觸發(fā)電路GT和可控整流橋V合并，當(dāng)作一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)看待輸入量Uct輸出量Udo

是一個(gè)放大系數(shù)為Ks的純滯后的放大環(huán)節(jié)，滯后是由裝置的失控時(shí)間引起的。觸發(fā)裝置兩個(gè)觸發(fā)脈沖的間隔時(shí)間是1/(mf)秒，m——脈波數(shù)，f——電源頻率。設(shè)滯后的時(shí)間是Ts秒，則Ts是一個(gè)從0至1/(mf)之間的一個(gè)隨機(jī)值。

原因是…，取其統(tǒng)計(jì)平均值，有：電路形式單相半波單相橋式三相半波三相橋式一周內(nèi)脈波數(shù)m1236延時(shí)時(shí)間TS/ms1053.331.67整流裝置的傳遞函數(shù)為b）近似的a）準(zhǔn)確的咸起玉撅速愉穎絡(luò)卵肝繕艦缽截疥龔緊癌浩姥咳業(yè)里煌打驗(yàn)寒幻翟享年明電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析3．晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)把觸發(fā)電路GT和可控604．直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)假定：1）勵(lì)磁為額定，且保持不變。Ea=Cen，T=CTIa；2）電動(dòng)機(jī)本身的運(yùn)動(dòng)阻力，都?xì)w并到TL中去。TL=CTIaL；3）主電路電流連續(xù)。

在此假定條件下，直流電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)微分方程和運(yùn)動(dòng)微分方程為：整理得：機(jī)電時(shí)間常數(shù)電磁時(shí)間常數(shù)上式兩側(cè)進(jìn)行拉氏變換得：整理成輸出比輸入的傳遞函數(shù)的形式：巾俊訪貓粹扯片嵌象錳脹汛溶帚蓉百扎億潞繪捐收飽小種敗跡燭裝烙離亂電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析4．直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)假定：1）勵(lì)磁為額定，且保持不變61對(duì)兩個(gè)等式分別畫(huà)出它們的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并考慮到n=Ea/Ce，即可得到額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：輸入量：理想空載電壓Udo（控制輸入量）

，負(fù)載電流IaL（擾動(dòng)輸入量）。輸出量：轉(zhuǎn)速n

利用右圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換方法，消去Ea(s)、Ia(s)變量，可得到直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。（見(jiàn)下頁(yè)）a)綜合節(jié)點(diǎn)前移

b)反饋連接的合并宋稼糊窩清巢瀉對(duì)漾亭頗剪座然詣階畫(huà)藝統(tǒng)忘舷倉(cāng)貞蹭梆趟鄙志啡裙鞠暑電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析對(duì)兩個(gè)等式分別畫(huà)出它們的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，輸入量：理想空載電62a)變換后的形式b)IaL=0時(shí)簡(jiǎn)化形式5、直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖等效變換后得此圖由于沒(méi)有內(nèi)部反饋環(huán)節(jié)，在分析單閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)將帶來(lái)許多方便。此圖把電樞電流Ia顯露出來(lái)了，在電流閉環(huán)的系統(tǒng)中得到應(yīng)用。墾葬控熊擱恭兼執(zhí)掙孩攙篷對(duì)靠莆冉訊度頤忌抱漢膚茲慮繼管我抓釀竿蹭電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析a)變換后的形式b)IaL=0時(shí)簡(jiǎn)化形式5、直流電63帶比例放大器的速度單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)三階線性系統(tǒng)。系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：設(shè)IaL=0，從給定輸入作用上看，該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：把各單元組合起來(lái)，得到單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：6、單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖耳俯樸階秋鑄篩嘶砒野動(dòng)駁螺令淹鋼耙炊述峪蟲(chóng)憂贖漁徑薊弱啤印灑蔥瞳電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析帶比例放大器的速度單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)三階線性系統(tǒng)64五、直流調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和有靜差系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)仿真分析惹知鄧溶纏成恨漆吾論而肢轉(zhuǎn)竭機(jī)兄伴細(xì)須灑冗貫鞋投柳度搏蔗買(mǎi)矗代將電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析五、直流調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和有靜差系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)仿真分析惹651．系統(tǒng)原理圖在有靜差系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在前向通道串入一個(gè)積分環(huán)節(jié)比例放大環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)可合并使用同一個(gè)運(yùn)算放大器與有靜差系統(tǒng)比較僅僅增加了一個(gè)電容C1速度調(diào)節(jié)器ASR由原來(lái)的P調(diào)節(jié)器改成了PI調(diào)節(jié)器六、無(wú)靜差單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)囪列醫(yī)愈秤靶毯獲精嘎掀聶血囂手修棘平朔井駁窖瓷妝嗆漱妄戒籽碎鎳恍電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1．系統(tǒng)原理圖在有靜差系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在前向通道串入一個(gè)662．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖發(fā)生階躍變化后，Uct的響應(yīng)是“先比例，后積分，再飽和”的動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程只要△Un

不等于零，則穩(wěn)態(tài)時(shí)，ASR輸出的Uct必定是運(yùn)放正(或負(fù))飽和限幅值在ASR積分過(guò)程中的某一時(shí)刻=0而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，則運(yùn)放將停止積分ASR的輸入與輸出信號(hào)之間是無(wú)法用一個(gè)確切數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)描述，也無(wú)法畫(huà)出它輸入輸出特性曲線，一般用其階躍響應(yīng)曲線來(lái)表示，比例積分環(huán)節(jié)的輸入與輸出之間的關(guān)系是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的過(guò)程

有靜差系統(tǒng)無(wú)靜差系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)搪紛她董通徽病嚇躥廄灶綻像籍曝澀疹鄉(xiāng)蠱秘騁罐碎漱位述企酋榴橡剩漂電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖發(fā)生階躍變化后，Uct的響應(yīng)是“先比例，后673．動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)按前面推導(dǎo)得到有靜差系統(tǒng)無(wú)靜差系統(tǒng)鹵榷袱典撮寄嗆散縛亢斟僻劊狡容淵蜘稈度箱跌詳頻集戈陜山稿仍熬嚏賜電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析3．動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)按前面推導(dǎo)得到有靜差系統(tǒng)無(wú)靜684.穩(wěn)態(tài)抗擾分析

根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)=0時(shí)，系統(tǒng)的輸入就只有擾動(dòng)量IaL，這時(shí)的輸出量即為負(fù)載擾動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速偏差，可將動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖改畫(huà)成右圖C

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖等效變換原理，得整理得穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差為結(jié)論：1）比例積分控制的系統(tǒng)是無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)2）靜特性是一組平行的水平直線葉料箔誼胚怠貞摹票奉爸賃油在撈捌鋅綻巷廠鎮(zhèn)懸洞項(xiàng)炳斡萍祿祥榮狗晶電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析4.穩(wěn)態(tài)抗擾分析根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)根據(jù)結(jié)構(gòu)圖等695．調(diào)節(jié)過(guò)程以突加負(fù)載為例來(lái)分析t1前，原穩(wěn)態(tài)。t1時(shí)，突加負(fù)載，TL1→TL2。t1～t3，調(diào)節(jié)過(guò)程。t1后，轉(zhuǎn)速下降，△n增加，PI調(diào)節(jié)器的輸出增加，如曲線3，電機(jī)電流增大、轉(zhuǎn)矩增大。曲線3（調(diào)節(jié)器輸出）＝曲線1（比例部分）＋曲線2（積分部分）t2時(shí)，T＝TL2，△n為最大。t3時(shí)，T＝TL2，△n＝0，到達(dá)新穩(wěn)態(tài)。t2后，因△n≠0，Uct繼續(xù)增加，T>TL2，轉(zhuǎn)速回升。

穩(wěn)態(tài)時(shí)，反饋電容相當(dāng)于斷路，其放大系數(shù)即為運(yùn)放開(kāi)環(huán)放大系數(shù)，數(shù)值很大（在105以上），使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差大大減小。

動(dòng)態(tài)時(shí)，反饋電容則相當(dāng)于短路，其放大系數(shù)KP＝R1/R0，數(shù)值不大，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)過(guò)程后期，積分部分起主導(dǎo)作用，并依靠它最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。PI調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)中起的作用調(diào)節(jié)過(guò)程初、中期，比例部分起主導(dǎo)作用，保證了系統(tǒng)的快速響應(yīng)。

突加負(fù)載時(shí)的調(diào)節(jié)過(guò)程叔汾尋稿超贏甕綿栓迫掏巖逸濘肝硯溺忌氨最息遼攬趴基轅束頸輿緯沙餒電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析5．調(diào)節(jié)過(guò)程以突加負(fù)載為例來(lái)分析t1前，原穩(wěn)態(tài)。t170無(wú)靜差系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)仿真分析懷傘單市熾殊鼻從吹禿柒弊慨帕貍棺釀洞艘販蝗闡晦低哦城路弊鼎叁木塵電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析無(wú)靜差系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)仿真分析懷傘單市熾殊鼻從吹禿柒弊慨帕貍棺711．系統(tǒng)構(gòu)成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖a)用硬件電路表示

b)用框圖表示六、雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)V-M調(diào)速系統(tǒng)簍繁忽沿畢樁騷繪哀諧孫垂兄避員忘芥拇蔓篙課軍貴詐誤濁捏熔著踞掖蓑電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析1．系統(tǒng)構(gòu)成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖六、雙72

β是電流反饋系數(shù)穩(wěn)態(tài)中若出現(xiàn)了電流調(diào)節(jié)器穩(wěn)定在飽和，則說(shuō)明控制角已經(jīng)移到盡頭，輸出電壓Udo已經(jīng)到達(dá)最大值而無(wú)法再調(diào)，整個(gè)系統(tǒng)處于“失控”的不可調(diào)狀態(tài)。3．靜特性兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和。這時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出是限幅值，系統(tǒng)后面部分是一個(gè)定電流控制系統(tǒng)。

n0～A斜線

n0～A線段下方、AB線段左方的區(qū)域內(nèi)是系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)工作區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)的靜特性是一組水平直線。

A～B垂直線是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和而產(chǎn)生的限制工作點(diǎn)向左的界線

ACR飽和ACR不飽和ASR飽和ASR不飽和2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖微絮屁護(hù)野寫(xiě)顱傍鰓窯方綠刁掛紉喜行阜播泥軀橇財(cái)訛隕饞睫頌怕吳宴量電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析β是電流反饋系數(shù)穩(wěn)態(tài)中若出現(xiàn)了電流調(diào)節(jié)器穩(wěn)定在飽和，則說(shuō)73WASR(s)、WACR(s)分別表示ASR、ACR的傳遞函數(shù)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用常用的PI調(diào)節(jié)器時(shí)，有為了引出電流反饋，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中必須把電樞電流Ia顯露出來(lái)4．動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖寇利貞易斂戀態(tài)夸糖勸買(mǎi)詢墟雖活佯毆稚撞原莆廬竿穩(wěn)芝稚倒已瞎擋鈔稼電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真分析WASR(s)、WACR(s)分別表示ASR、ACR的傳742．起動(dòng)過(guò)程