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揚州大學(xué)專業(yè)軟件應(yīng)用綜合設(shè)計報告 水能 學(xué)院 11 級 電氣 專業(yè)題目 異步電動機綜合仿真設(shè)計二 學(xué)生 王青東 學(xué)號 111704229 指導(dǎo)教師 張建華 2013年 12月 28日直流電動機綜合仿真設(shè)計二摘要：本文主要介紹了并勵直流電動機在恒定負(fù)載、風(fēng)機性負(fù)載、恒功率負(fù)載運行下的啟動調(diào)速仿真，調(diào)速中主要運用四級串阻調(diào)速的方式，通過對轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩波形的觀察，進一步分析并勵直流電機的運行規(guī)律；同時，還附帶的講解了一些有關(guān)MATLAB中SIMULINK模塊的使用與連接，還有異步電機參數(shù)的設(shè)置、變壓器參數(shù)設(shè)定和理想開關(guān)開斷時間的設(shè)定，本文都將一一解釋。關(guān)鍵字：并勵直流電機；串阻調(diào)速;負(fù)載；負(fù)載；MATLAB;1 引言 直流電動機因其性能宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，其調(diào)速控制系統(tǒng)歷來在工業(yè)控制具有及其重要的地位。直流調(diào)速控制系統(tǒng)中最典型一種調(diào)速系統(tǒng)就是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在當(dāng)今社會，仿真技術(shù)已經(jīng)成為分析、研究各種系統(tǒng)尤其是復(fù)雜系統(tǒng)的重要工具，為了簡便工程設(shè)計和解決設(shè)計中可能出現(xiàn)的問題，掌握SIMULINK仿真環(huán)境常用模塊庫和電力系統(tǒng)模塊庫，對直流電動機調(diào)速進行仿真設(shè)計就成為我們今天急需探討的課題。計算機仿真技術(shù)是應(yīng)用電子計算機對研究對象的數(shù)學(xué)模型進行計算和分析的方法。對于從事控制系統(tǒng)研究與設(shè)計的技術(shù)人員而言，MATLAB是目前控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計實用且有效的工具。這不僅是因為它能解決控制論中大量存在的矩陣運算問題，更因為它提供了強有力的工具箱支持。與控制系統(tǒng)直接相關(guān)的工具箱有控制系統(tǒng)、系統(tǒng)辨識、信息處理、優(yōu)化等。還有一些先進和流行的控制策略工具箱，如魯棒控制、u-分析與綜合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊預(yù)測控制、非線性控制設(shè)計、模糊邏輯等?？梢哉f目前理論界和工業(yè)界廣泛應(yīng)用和研究的控制算法，幾乎都可以在MATLAB中找到相應(yīng)的工具箱。 同時，MATLAB軟件中還提供了新的控制系統(tǒng)模型輸入與仿真工具SIMULINK,它具有構(gòu)造模型簡單、動態(tài)修改參數(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)控制容易、界面友好、功能強大等優(yōu)點，成為動態(tài)建模與仿真方面應(yīng)用最廣泛的軟件包之一。它可以利用鼠標(biāo)器在模型窗口上“畫”出所需的控制系統(tǒng)模型，然后利用SIMULINK提供的功能來對系統(tǒng)進行仿真或分析，從而使得一個復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易且直觀。 將SIMULINK用于電機系統(tǒng)的仿真研究近幾年逐漸成為人們研究的熱點。本文以此為基礎(chǔ)，運用模糊邏輯控制，建立了電機控制系統(tǒng)的仿真模型，并通過了可靠的仿真實驗。 本實驗的目的是通過MATLAB的仿真實驗,對并勵直流電動機在恒定負(fù)載、風(fēng)機性負(fù)載、恒功率負(fù)載運行下的啟動調(diào)速仿真，調(diào)速中主要運用四級串阻調(diào)速的方式，通過對轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩波形的觀察，進一步分析并勵直流電機的運行規(guī)律。2 設(shè)計依據(jù)及框圖2.1 設(shè)計平臺 1.仿真技術(shù)的背景仿真技術(shù)作為一門綜合性的科學(xué)已有四十多年的發(fā)展歷史,其間經(jīng)歷了物理模型仿真,模擬計算機仿真和數(shù)字計算機仿真。早期,人們采用計算機高級程序語言對系統(tǒng)進行仿真,如BASIC、FORTRAN、PASCAL等。近些年,C語言用得最為普遍。用計算機高級程序語言編制的系統(tǒng)仿真程序,不但要詳盡描述各類事件的發(fā)生和處理情況,還要規(guī)定各類事件的處理順序。這樣,即便是一個很簡單的系統(tǒng),程序也會很長,難于調(diào)試。同時,為了設(shè)計出優(yōu)良的人機界面,對數(shù)據(jù)輸入方式和仿真結(jié)果的數(shù)據(jù)打印格式或圖形表達(dá)形式要大費心思。2. Matlab和Simulink簡介電子計算機的出現(xiàn)和發(fā)展是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的巨大成就之一。它對科學(xué)計術(shù)的幾乎一切領(lǐng)域，特別對數(shù)值計算，數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)計分析，人工智能以及自動控制等方面產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。熟練掌握利用計算機進行科學(xué)研究和工程應(yīng)用的技術(shù)，已經(jīng)成為廣大科研設(shè)技人員必須具備的基本能力之一。大部分從事科學(xué)研究和工程應(yīng)用的讀者朋友可能都已經(jīng)注意到并為之所困擾的是，當(dāng)我們的計算涉及矩陣運算或畫圖時，利用FORTRAN和C語言等計算機語言進行程序設(shè)計是一項很麻煩的工作。Matlab正是為了免除無數(shù)類似上述的尷尬局面而產(chǎn)生的。在1980年前后，美國的Cleve博士在New Mexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用其它高級語言編程極為不便，便構(gòu)思并開發(fā)了Matlab（MATrix LABoratory，即矩陣實驗室），它是集命令翻譯，科學(xué)計算于一身的一套交互式軟件系統(tǒng)，經(jīng)過在該大學(xué)進行了幾年的試用之后，于1984年推出了該軟件的正式版本，矩陣的運算變得異常容易。為了準(zhǔn)確的把一個控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入給計算機，然后對之進行進一步的分析與仿真，1990年MathWorks軟件公司為Matlab提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具，并定名為Simulnk，該工具很快在控制界得到了廣泛的應(yīng)用。但因其名字與著名的軟件Simula類似，所以在1992年正式改名為Simulink。此軟件有兩個明顯的功能：仿真與連接，亦即可以利用鼠標(biāo)器在模型窗口上畫出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用該軟件提供的功能來對系統(tǒng)直接進行仿真。很明顯，這種做法使得一個很復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易。Simulink的出現(xiàn)，更使得Matlab為控制系統(tǒng)的仿真與其在CAD中的應(yīng)用打開了嶄新的局面。目前的Matlab已經(jīng)成為國際上最為流行的軟件之一，它除了傳統(tǒng)的交互式編程外，還提供了豐富可的矩陣運算，圖形繪制，數(shù)據(jù)處理，圖像處理，方便的Windows編程等便利工具，由各個領(lǐng)域的專家學(xué)者相繼推出了以Matlab為基礎(chǔ)的實用工具箱工具箱,其中主要有信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、魯棒控制、非線性系統(tǒng)控制設(shè)計、系統(tǒng)辨識、最優(yōu)化、分析與綜合、模糊邏輯、小波、樣條等工具箱,而且工具箱還在不斷增加。借助其強大的功能，Matlab廣泛應(yīng)用于自動控制、圖像信號處理，生物醫(yī)學(xué)工程，語音處理，雷達(dá)工程，信號分析，振動理論，時序分析與建模，化學(xué)統(tǒng)計學(xué)，優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域，并表現(xiàn)出一般高級語言難以比擬的優(yōu)勢。3. Matlab建模與仿真長期以來，仿真領(lǐng)域的研究重點在仿真模型建立這一環(huán)節(jié)上，即在系統(tǒng)模型建立以后，要設(shè)計一種算法以使系統(tǒng)模型等為計算機所接受，然后再將其編制成程序在計算機上運行，因此，建模通常需要很長一段時間，同時仿真結(jié)果的分析必須依賴有關(guān)專家，而對決策者缺乏直接的指導(dǎo)。Matlab 提供的動態(tài)系統(tǒng)仿真工具 Simulink 可有效解決上述仿真技術(shù)問題。 在 Simulink 中，建立系統(tǒng)模型，可以隨意改變仿真參數(shù)，即時得到修改后的仿真結(jié)果。 Matlab中的分析與可視化工具多種多樣且易于操作。利用 Simulink 對動態(tài)系統(tǒng)做適當(dāng)仿真和分析，可以在實際做出系統(tǒng)之前進行，以便對不符合要求的系統(tǒng)進行適時校正，增強系統(tǒng)性能，減少系統(tǒng)反復(fù)修改的時間，實現(xiàn)高效開發(fā)系統(tǒng)的目標(biāo)。 動態(tài)仿真結(jié)果用圖形方式顯示在示波器的窗口或?qū)?shù)據(jù)以數(shù)字方式顯示出來。 常用的 3 種示波器為Scope，XY Graph和Display。4. Simulink仿真工具為了準(zhǔn)確地把一個控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入給計算機,然后對之進行進一步的分析與仿真,MathWorks公司為MATLAB提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具,并定名為Simulink。MATLAB軟件的Toolbox工具箱與Simulink仿真工具，為控制系統(tǒng)的計算與仿真提供了一個強有力的工具，使控制系統(tǒng)的計算與仿真的傳統(tǒng)方式發(fā)生了革命性的變化。MATLAB已經(jīng)成為國際、國內(nèi)控制領(lǐng)域內(nèi)最流行的計算與仿真軟件。Simulink有兩個明顯的功能:仿真與連接,亦即可以利用鼠標(biāo)器在模型窗口上畫出所需的控制系統(tǒng)模型,然后利用該軟件提供的功能來對系統(tǒng)直接進行仿真。很明顯,這種做法使得一個很復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易。Simulink的出現(xiàn),更使得Matlab為控制系統(tǒng)的仿真與其在CAD中的應(yīng)用打開了嶄新的局面。Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包,不僅界面友好且支持更靈活的模型描述手段。用戶既可直接用方塊圖來輸入仿真模型,也可用Matlab語言編寫M-文件來輸入。既可以純圖形方式輸入,也可以純文本方式來輸入。還可將上述兩種方法交叉混合使用。既可對連續(xù)系統(tǒng)也可對離散系統(tǒng)進行仿真,還適合于采樣保持系統(tǒng)。同時,它也具有能在仿真進行的過程中動態(tài)改變仿真參數(shù)的功能。因此可以不難理解它自推出以后,就一直受到歐美和日本等國家或地區(qū)的控制界學(xué)者的青睞。Simulink為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口,采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用筆和紙來畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包用微分和差分方程建模相比,具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點。Simulink包含有Sinks(輸出方式)、Source(輸入源)、Linear(線性環(huán)節(jié))、Nonlinear(非線性環(huán)節(jié))、Connections(連接與接口)和Extra (其它環(huán)節(jié))子模型庫,而且每個子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊。用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自已的模塊。用Simulink創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu),因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級開始觀看模型,然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊,來查看其下一級的內(nèi)容,以此類推,從而可以看到整個模型的細(xì)節(jié),幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。在定義完一個模型以后,用戶可以通過Simulink的菜單或Matlab命令窗口鍵入命令來對它進行仿真。菜單方式對于交互工作非常方便,而命令行方式對于運行一類仿真非常有用。采用Scope模塊和其它的畫圖模塊,在仿真進行的同時,就可觀看到仿真結(jié)果。除此之外,用戶還可以在改變參數(shù)后能迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結(jié)果還可以存放到Matlab的Workspace(工作空間)里做事后處理。由于Matlab和Simulink是集成在一起的,因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自已的模型進行仿真、分析和修改。5.控制系統(tǒng)計算機仿真的過程控制系統(tǒng)仿真，就是以控制系統(tǒng)的模型為基礎(chǔ)，主要用數(shù)學(xué)模型代替實際的控制系統(tǒng)，以計算機為工具，對控制系統(tǒng)進行實驗和研究的一種方法。通?？刂葡到y(tǒng)仿真的過程按以下步驟進行：第一步，建立自控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，是描述系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。描述系統(tǒng)諸變量間靜態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為靜態(tài)模型；描述自控系統(tǒng)諸變量間動態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為動態(tài)模型。常用最基本的數(shù)學(xué)模型是微分方程與差分方程，根據(jù)系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)各變量之間所遵循的物理、化學(xué)基本定律，例如牛頓定律、克?；舴蚨伞⑦\動動力學(xué)定律、焦耳楞次定律等來列寫出變量間的數(shù)學(xué)模型。這是解析法建立數(shù)學(xué)模型。對于很多復(fù)雜的系統(tǒng)，則必須通過實驗方法并利用系統(tǒng)辨識技術(shù)，考慮計算所要求的精度，略去一些次要因素，使模型既能準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的動態(tài)本質(zhì)，又能簡化分析計算的工作。這是實驗法建立數(shù)學(xué)模型。控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)仿真的主要依據(jù)。第二步，建立自控系統(tǒng)的仿真模型。原始的自控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型比如微分方程，并不能用來直接對系統(tǒng)進行仿真。還得將其轉(zhuǎn)換為能夠?qū)ο到y(tǒng)進行仿真的模型。對于連續(xù)控制系統(tǒng)而言，有像微分方程這樣的原始數(shù)學(xué)模型，在零初始條件下進行拉普拉斯變換，求得自控系統(tǒng)傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)模型。以傳遞函數(shù)模型為基礎(chǔ)，等效變換為狀態(tài)空間模型，或者將其圖形化為動態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型，這些模型都是自控系統(tǒng)的仿真模型。對于離散控制系統(tǒng)而言，有像差分方程這樣的原始數(shù)學(xué)模型以及類似連續(xù)系統(tǒng)的各種模型，這些模型都可以對離散系統(tǒng)直接進行仿真。第三步，編制自控系統(tǒng)仿真程序。對于非實時系統(tǒng)的仿真，可以用一般的高級語言，例如Basic、Fortran或C等語言編制仿真程序。對于快速的實時系統(tǒng)的仿真，往往用匯編語言編制仿真程序。當(dāng)然也可以直接利用仿真語言。如果應(yīng)用MATLAB的Toolbox工具箱及其Simulink仿真集成環(huán)境作仿真工具，這就是MATLAB仿真?？刂葡到y(tǒng)的MATLAB仿真是控制系統(tǒng)計算機仿真一個特殊軟件工具的子集。第四步，進行仿真實驗并輸出仿真結(jié)果。進行仿真實驗，通過實驗對仿真模型與仿真程序進行檢驗和修改，而后按照系統(tǒng)仿真的要求輸出仿真結(jié)果。 2.2 設(shè)計思想1、并勵直流電動機額定運行時，觀察轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩；2、并勵直流電動機三級串阻起動調(diào)速，觀察轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律；3、直流電機串阻調(diào)速時，伴隨著機械和電氣過渡過程，其理論分析十分復(fù)雜，常采用穩(wěn)定運行分析調(diào)速，通過仿真方法可以分析過渡過程和穩(wěn)定運行狀態(tài)。4、串調(diào)速屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，常用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，對于恒功率負(fù)載和風(fēng)機性常不采用。5、并勵直流電動機額定運行時，觀察轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩。6、在額定負(fù)載時，并勵直流電動機四級串阻起動調(diào)速，觀察轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律。7、在恒功率負(fù)載時，并勵直流電動機四級串阻起動調(diào)速，觀察轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律。8、在風(fēng)機性負(fù)載時，并勵直流電動機四級串阻起動調(diào)速，觀察轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律。2.3 設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖或流程圖直流電動機綜合仿真設(shè)計并勵直流電動機額定運行并勵直流電動機額定運行時四級串阻起動調(diào)速并勵直流電動機恒功率負(fù)載運行時四級串阻起動調(diào)速并勵直流電動機風(fēng)機性負(fù)載運行時四級串阻起2.4各模塊功能簡介（1）、在新建的simulink仿真窗口中，拖入直流電機、直流電壓源、常數(shù)、增益、分解、示波器等模塊，然后按照下圖進行連接，建立仿真模型如圖1所示。圖1（2）、串阻調(diào)速SIMULINK仿真模型如圖2所示圖2（3）、觀察對恒功率負(fù)載和風(fēng)機性負(fù)載采用串阻調(diào)速時的轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩，恒功率負(fù)載SIMULINK模型如圖3所示，風(fēng)機性負(fù)載SIMULINK模型如圖4所示：圖3圖4（4）、各器件功能簡介DC Voltage Source提供一個直流電壓源Series RLC Branch串聯(lián)RLC支路Constant常量模塊Demux分離器DC Machine直流電機Gain放大增益Powergui電力分析模塊Scope示波器Step輸出階躍信號 DC Voltage Source：直流電壓源在電力系統(tǒng)中可以用來實現(xiàn)實現(xiàn)一個滯留的電壓源，如操作電源等。MATLAB軟件提供的直流電源為理想的直流電壓源。 雙擊Series RLC Branch（串聯(lián)RLC分支）元件，將得出對話框，在對話框中適當(dāng)?shù)剌斎腚娮琛㈦娙莺碗姼械膮?shù)即可。填寫參數(shù)時應(yīng)該注意其單位。遺憾的是這里不包含單個的電阻、電容和電感元件，可以從串、并聯(lián)的分支來定義單獨的電路。具體情況見下表。 元件串聯(lián)RLC分支并聯(lián)RLC分支類型電阻數(shù)值電感數(shù)值電容數(shù)值電阻數(shù)值電感數(shù)值電容數(shù)值單個電阻R0 infRinf0 單個電感0 L infinfL 0 單個電容0 0 C infinfC Demux多路分配器模塊提取輸入信號的部件和組件作為單獨的信號輸出。責(zé)令從上到下輸出端口的輸出信號。各種塊方向的端口順序的描述，請參閱See How to Rotate a Block。為了避免加入雜亂模型，當(dāng)您復(fù)制從Simulink庫模型，Simulink中隱藏Demux塊的名稱。有關(guān)創(chuàng)建和分解矢量的信息，請參閱Mux Signals。 Number of outputs參數(shù)允許你指定的數(shù)量，選擇性地，每個輸出端口的維數(shù)。如果你不指 定輸出的維數(shù)，模塊判斷為您的輸出的維數(shù)。 多路分配器模塊操作，無論是矢量模式或總線選擇的模式，取決于你是否選擇了Bus selection mode參數(shù)。這兩種模式他們接受的信號類型不同。矢量模式接受只是一個矢量信號，那就是一個標(biāo)量（一個元素的數(shù)組），或載體（1-D數(shù)組），或一列或行向量（2-D數(shù)組一行或一列）?？偩€選擇模式只接受一個總線信號。Number of outputs 參數(shù)決定了模塊輸出的數(shù)量和維，這取決于在該模塊的工作模式。 DC Machine：六個端口分別為：F+，F(xiàn)-：這兩個端口是接電機的勵磁電源的，分別接正負(fù)極A+，A-：這個就是通常意義上的電源了，同樣是正負(fù)極TL：負(fù)載輸入端，給電機加負(fù)載就往這兒加m：測量端口，這里輸出了電機的各項參數(shù)，如電流，轉(zhuǎn)速等示波器可以接受多個輸入信號，每個端口的輸入信號都將在一個坐標(biāo)軸中顯示出來，并以不同的顏色加以區(qū)分。若為離散信號，則顯示信號的階梯圖。 示波器工具欄介紹：依次為Print 打印Scope Parameters 示波器參數(shù)Zoom in x and y directions 區(qū)域放大Zoom in x directionx z軸放大 Zoom in y direction y軸放大autoscale自動尺寸（復(fù)原）save axes settings保存軸的設(shè)定 restore axes settings 恢復(fù)軸的設(shè)定floating scope 浮動示波器Unlock axis selection解鎖Signal Selection信號選擇 坐標(biāo)軸的范圍調(diào)整：在坐標(biāo)框內(nèi)單擊鼠標(biāo)右鍵Axes properties 示波器參數(shù)設(shè)置點擊“示波器參數(shù)”按鍵，彈出示波器參數(shù)對話框，該對話框包含兩個標(biāo)簽頁，分別是“常規(guī)(General)”和“數(shù)據(jù)(Data history)”標(biāo)簽頁，常規(guī)“General”標(biāo)簽頁坐標(biāo)個數(shù)Number of axes文本框：用于設(shè)定示波器軸的個數(shù)，即示波器的輸入信號端口的個數(shù)，默認(rèn)值為1， 即該示波器用以觀察一路信號。若將其設(shè)為2，則可以同時 觀察兩路信號，示波器的圖標(biāo)也自動變?yōu)閮蓚€輸入端口。 依此類推，一個示波器可設(shè)置為同時觀察多路信號。即示波器可以實現(xiàn)多個輸入信號的顯示Time range：用于設(shè)定X軸（時間軸）的顯示范圍用于設(shè)定示波器時間 軸的最大值，一般可選“自動”(auto)，這樣x軸可以自動以系統(tǒng)的仿真起始和終止時間作為示波器的時間顯示范圍。 “采樣”(Sampling）下拉列表：用于選擇數(shù)據(jù)取樣方式， 包括“抽取”(decimation)和“采樣時間”(sample time)兩種方式。 “抽取”方式表示當(dāng)采樣下拉框右側(cè)文本框輸入數(shù)據(jù)N時，從 每N個輸入數(shù)據(jù)中抽取一個用來顯示?？梢姡O(shè)定的數(shù)字N 越大，顯示的波形就越粗糙，但數(shù)據(jù)存儲的空間可以減少， 一般該文本框保持默認(rèn)值1，表示所有輸入數(shù)據(jù)均顯示。若 采用“采樣時間”方式，則需要在采樣下拉框右側(cè)文本框中輸 入采樣的時間間隔，并按采樣間隔提取數(shù)據(jù)顯示。decimation可設(shè)置顯示頻度，若設(shè)為n，則每隔n-1個數(shù)據(jù)點都給予顯示sample time若為0，顯示連續(xù)信號，-1顯示方式取決于輸入信號，任何大于0的數(shù)據(jù)表示顯示離散信號的時間間隔Floating scope：游離示波器“Data history”標(biāo)簽頁“僅顯示最新的數(shù)據(jù)”(Limit data points to last)復(fù)選框： 用于數(shù)據(jù)點數(shù)設(shè)置。選中后，其后的文本框被激活，默認(rèn)值 為5000，表示示波器顯示5000個數(shù)據(jù)，若超過5000個數(shù)據(jù)，也僅顯示最后的5000個數(shù)據(jù)。若不選該項，所有數(shù)據(jù)都顯 示，但對計算機內(nèi)存要求較高?！氨４鏀?shù)據(jù)至工作間”(Save data to workspace)復(fù)選框：數(shù)據(jù)在顯示的同時被保存到MATLAB工作空間中。 若選中該項，將激活該復(fù)選框下的另兩個參數(shù)設(shè)置項： “變量名”文本框用于設(shè)置保存數(shù)據(jù)的名稱，以便在 MATLAB工作空間中識別和調(diào)用該數(shù)據(jù)；“格式” 文本框用于設(shè)置數(shù)據(jù)的保存格式。數(shù)據(jù)的保存格式有三種：“數(shù)組”(Array)格式， 用于只有一個輸入變量的數(shù)據(jù)保存格式；“帶時間變量 的結(jié)構(gòu)”(Structure with time)格式，用于同時保存波形數(shù)據(jù)和時間；“結(jié)構(gòu)”(Structure)格式，用于僅保存波形數(shù)據(jù)。圖形縮放工具欄提供了四個工具按鍵用以圖形縮放操作。 (1) 區(qū)域放大按鍵：首先在工具欄中點擊區(qū)域放大按鍵 然后在窗口中需要放大的區(qū)域上按住鼠標(biāo)左鍵并拖曳一個 矩形框，用矩形框框住需要放大的圖形區(qū)域，松開鼠標(biāo)左 鍵，該區(qū)域被放大顯示。(2) x軸放大按鍵：首先在工具欄中點擊x軸放大按鍵， 然后在窗口中需要放大的區(qū)域按住鼠標(biāo)左鍵，并沿x軸 方向拖拉即可。(3) y軸放大按鍵：首先在工具欄中點擊y軸放大按鍵， 然后在窗口中需要放大的區(qū)域上按住鼠標(biāo)左鍵，并沿y 軸方向拖拉即可。(4) 自動尺寸按鍵：使用放大按鍵后復(fù)原。坐標(biāo)軸范圍示波器的x軸和y軸的最大取值范圍一般是自動設(shè)定的，利用圖形縮放中的放大鏡功能可以在x軸和y軸的范圍內(nèi) 選取其中一部分顯示。當(dāng)需要進一步放大y軸的范圍或更 精確地標(biāo)定y軸的坐標(biāo)范圍時，可以利用軸參數(shù)設(shè)置頁進 行設(shè)置。在示波器窗口的圖形區(qū)域內(nèi)單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷 菜單中選擇“Axes parameters”選項，出現(xiàn)一個名為“scope properties:axis1”的軸屬性對話框，如圖下所示。其中的 Y-min與Y-max用來設(shè)置縱軸顯示數(shù)值范圍；Title項用來 給顯示信號命名。Step：下面4行為參數(shù)設(shè)置行，分別為Step time 階躍信號開始時間Initial value初始賦值大小 Final time 終止幅值大小Sample time采樣間隔時間。3 軟件調(diào)試分析3.1并勵直流電動機額定運行:1.參數(shù)設(shè)置 電機參數(shù)及基本計算：并勵直流電動機，PN=17kW，UN=220V，IN=88.9A，nN=3000r/min，電樞回路總電阻Ra=0.087，電樞回路電感La=0.0032H，勵磁回路總電阻Rf=181.5，磁場和電樞繞組互感Laf=0.56H，電動機轉(zhuǎn)動慣量J=0.76kgm2。勵磁電流為If=Uf/Rf=220/181.5,勵磁電感為Lf=0電樞回路電壓平衡方程：UN=EaN+RaIaN額定電樞電動勢：EaN=CeNnN額定電磁轉(zhuǎn)矩：TN=9.55CeNIaN，TN=60.1Nm模型中DC Machine的參數(shù)設(shè)置如下圖所示模型中Gain的參數(shù)設(shè)置如下圖所示模型中DC Voltage Source的參數(shù)設(shè)置如下圖所示2.實驗步驟 1.連接好仿真模型并設(shè)置好各模塊的參數(shù)，以及仿真時間； 2.點擊仿真開始按鈕，觀察仿真波形，調(diào)節(jié)時間獲取最好的波形；3.仿真波形 4.圖形分析1.起動一段時后轉(zhuǎn)速由0 rad/min達(dá)到額定3000 rad/min。2.起動電流很大，隨著電動機的起動迅速降低，直至達(dá)到額定電流。3.勵磁電流If為恒定值，If=Uf/Rf=220/181.5。3.轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比關(guān)系。3.由仿真結(jié)果可看出直流電機直接起動時電流過大，必須采取措施降低起動電流,以保護電機及其相關(guān)設(shè)備。3.2并勵直流電機串電阻調(diào)速1.基本原理電樞電路中串入可變電阻ra后，電樞電流經(jīng)ra后有電壓降，使電機電樞繞組的實際電壓降低，因而也可以達(dá)到降低轉(zhuǎn)速的目的從機械特性上看，電機端電壓和每極磁通不變，想空載轉(zhuǎn)速也不變，而電樞回路的電阻（ra+Ra），ra增加，則機械特性的斜率增加。若所帶負(fù)載是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電樞回路中所串電阻越大，電機轉(zhuǎn)速越低。2.串入電阻理論值計算并勵直流電機的轉(zhuǎn)速公式：n= 繞組感應(yīng)電勢 Ea=U-Ia*Ra電樞電流 勵磁電流 3.分析計算額定運行時，轉(zhuǎn)速n=3000r/min 勵磁電流=220/181.5=1.212A 電樞電流=88.9+1.212=90.112A繞組感應(yīng)電勢Ea=U-Ia*Ra=212.2V =0.0707（1）要求n將至2500r/min時，帶入轉(zhuǎn)速公式n= (忽略電刷接觸電壓降)。Ra+ra=U-n1*Ce =0.48 ra1=0.48-0.087=0.392（2）要求n將至2000r/min時，帶入轉(zhuǎn)速公式，計算得Ra+ra2= U-n2*Ce =0.872ra2=0.872-0.48=0.393（3）要求n將至1500r/min時，帶入轉(zhuǎn)速公式，計算得Ra+ra3= U-n3*Ce =1.265ra3=1.265-0872=0.393（4）要求n將至1000r/min時帶入轉(zhuǎn)速公式，計算得Ra+ra4= U-n4*Ce =1.657ra4=1.657-1.2650.3924.實驗結(jié)果轉(zhuǎn)速波形電樞電流勵磁電流電磁轉(zhuǎn)矩調(diào)速電阻ra1ra2ra3ra4電阻值（）0.40.40.420.425.結(jié)果分析（1）調(diào)速后穩(wěn)定運行時電樞電流保持不變并勵電機的轉(zhuǎn)矩特性：端電壓保持不變時，Rf不變，勵磁電流If也就不變，當(dāng)負(fù)載電流很小時，電樞反應(yīng)去磁作用也很小，可認(rèn)為=常數(shù)，根據(jù)T=，故電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流成正比，T=是通過坐標(biāo)原點的直線，當(dāng)負(fù)載電流比較大時（本實驗電樞電流Ia=90.122A），由于電樞反應(yīng)的去磁作用增大（近似可看成與負(fù)載電流成正比），是每極磁通減少，這是電磁轉(zhuǎn)矩略有減小，這時電磁轉(zhuǎn)矩略有減小，如圖中實線所示。機械特性轉(zhuǎn)矩特性串電阻調(diào)速時，因為負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電樞回路串電阻降低轉(zhuǎn)速后，電機電磁轉(zhuǎn)矩T=亦不變，流入電機的電流、電壓和輸入功率保持不變，則輸出功率隨之按正比例降低。6.串電阻調(diào)速法優(yōu)缺點（1） 由于電阻智能分段調(diào)節(jié)，因此調(diào)速的平滑性比較差。 （2） 低速時，調(diào)速電阻上有較大電流，損耗大，電機效率低。（3） 輕載時調(diào)速范圍比較小。 （4） 串入電阻阻值越大，機械特性越軟，穩(wěn)定越差。3.4、風(fēng)機性負(fù)載軟件調(diào)試分析1.仿真結(jié)果圖：轉(zhuǎn)速波形：電樞電流：勵磁電流：電磁轉(zhuǎn)矩：10r120rl30rl40rl0.61.65.516K=0.0023 T=K/W2.圖形分析