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1、涉沪J、唆本科上机大作业报告课程名称:电机系统建模与分析姓名:**学号:3100******学院:电气工程学院专业:电气工程及其口动化指导教师:沈**目录一、作业目的3二、作业要求3三、模型的建立3四、控制策略与算法实现5五、仿真程序6六、仿真结果及分析8七、进一步的分析91、步长的选择92、功率管的开关频率93、灵敏度分析11八、改进的控制方法111、改变滞环的上下限122、采用PI调节133、采用PD调节14九、恩结14、作业目的1.熟悉永磁直流电动机及其调速系统的建模与仿真;2.熟悉滞环控制的原理与实现方法;3.熟悉Rungle-Ku
2、tta方法在仿真屮的应用。二、作业要求一台永磁直流电动机及其控制系统如图1所示。直流电源Udc=200V;电机永磁励磁屮f=lWb,电枢绕组电阻&=0.50血、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>下限IrUA;功率竹均为理想开关器件;电机在L0时刻开始运行,并给定阶跃(方波)转速命令,即,在0〜0.2s是80rad/s,在0.2〜0.4s是120rad/s,在0.4〜0.6s是80rad/s如此反复,用滞环控制
3、的方法进行转速调节(滞环宽度±2rad/s)。用四阶龙格一库塔求解电机的电流与转速响应。三、模型的建立参照一般化电机模型,木例永磁直流电动机可等效为图2的模型。Uq是加在电枢绕组两端的电压,永磁体看做开路的fd绕组。Ufd电气状态方程:将(2)式和(3)式代入(1)式可得U产P(LJq)+RJq+则f其中,〃是海氏算子。因为Lq是常数,故(4)式町写作机械状态方程:T[)=BcoTj-Jpco将(7)〜(10)式代入(6)式,可得y/fiq=Bco+Jpa)将(5)式和(11)式整理得到3屮f一Rjq⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼(10)(11)(12
4、)(13)Wfiq—Bco四、控制策略与算法实现使用功率管实现滞环控制,当电流超过h或转速超过设定转速(5)+2rad/s时,断开功率管,电流通过续流二极管形成凹路;当电流小于h或转速低于设定转速-2rad/s时开通功率管,续流二极管截止。引入0,1变量flag.和flag2o为了便于用四阶龙格■库塔方法求解上而的微分方程,将变量离散化,且全部采用国际单位制(SI)o算法思想如图3所示。图3下面详述英中“用四阶龙格库塔方法计算下一时刻的iq和3的算法。定义变量矩阵x二lq,根据(12)式和(13)式可得3丿其中A二(14)IJ将所求区间[0
5、,t]按步长h等分成n份,若已知ti时刻的xi,经图3所示方法判断Uq,可通过下面的方法计算时刻的Xi+
6、。K,=/0/,x;)(⑸hK2=/(r/+l/2^XfKJ(16)K3=+£K2)(17)K4=于(如,旳+力K3)(18)hx,+-(K1+2K2+2K3+K4)(19)五、仿真程序在Matlab环境下编写m文件实现上面的算法。代码如下:T=l;%求解时间h=0.00005;%步长%变量定义Ucd=200;PiRq=0.5;Lq=0.05;J=0.002;Ih=15;11=14;B=0.1;wl=80;w2=120;A=[-Rq/L
7、q,-pf7Lq;pf7J,-B/J];%设置初始值t=0;tt=t;iq=O;w=0;x=[iq;w];xx=x;cnt=1;%用龙格库塔方法计算whilc(t=cnt*0.2cnt=cnt41;endifmod(cnt,2)==lwO=w1;elsew0=w2;end%滞环控制,flagl控制在II到Ih之间,flag2控制在wO-2到wO+2之间ifiqIhflag1=0;endifw8、lseifw>w0+2flag2=0;endUq=Ucd*flagl*flag2;BU=[Uq/Lq;0];Kl=A*x+BU;K2=A*(x+h/2*Kl)+BU;K3=A*(x+h/2*K2)+BU;K4=A*(x+h*K3)+BU;x=x+h*(Kl+2*K2+2*K3+K4)/6;tt=[ttt];xx=[xxx];iq=x(l);w=x(2);end%绘图figure;plot(tt,xx(l,:);-r,);holdon;plot(tt,xx(2,:),*-b');gridon;titlefiq和w随时间变化曲线*);xlabe
9、l('t(s)‘);ylabel('iq(A)/w(rad/s)');axis([0T-10140]);holdoff;六、仿真结果及分析…iq和w随时间变化曲线140j—i—厂