永磁直流電動機的Simulink建模仿真教學

1、 永磁直流電動機的 Simulink 建模仿真教學 【】“ Electrical machinery and systems computer simulation ”is a professional electrical engineering and automation of an important subject ， according to the basic structure of the motor establishment of mathematical model and simulation model is a basic skills training. In

2、this paper ， the selection of the most simple motor - permanent magnet DCmotor for the study ， according to his equivalent circuit establishment of the transient mathematical model， using dynamic library module simulation tool Simulink functional modules in MATLAB software， to build the simulation m

3、odel. Permanent magnet DC motor is given five basic simulation model. Through the example simulation computation ， has confirmed the modelling method accuracy and the validity. 0 引言 “電機及其系統(tǒng)的計算機仿真”是電氣工程及其自動化專 業(yè)的一門重要課程， 掌握這門課程的基本內容對相當一部分學生 順利完成畢業(yè)設計論文是非常有幫助的。 電機及其系統(tǒng)的計算機 仿真就是根據(jù)電機及其系統(tǒng)的數(shù)學模型用特定的計算機軟件編 寫仿真程

4、序或構造仿真模型來進行數(shù)值計算。 目前，“電機及其 系統(tǒng)的計算機仿真”的教學沒有統(tǒng)編教材，大都用自編教材講 授，所用的計算機語言基本上都是MATLAB吾言。該課程的主要 內容是講述常規(guī)的交、 直流電機的數(shù)學模型及交、 直流傳動系統(tǒng) 的基本控制方法， 建立仿真模型并對仿真結果進行分析。 在建立 電機傳動系統(tǒng)的仿真模型時，電機的仿真模型大都直接采用 Sim/powersystem 模塊庫中提供的電機模型，這些電機模型通常 是建立在理想條件下的，包括常規(guī)的直流電機、感應電機、同步 電機以及步進電動機和開關磁阻電動機， 對于這些電機組成的傳 動系統(tǒng)的正常運行的仿真計算已經(jīng)足夠了。 但是， 要考慮非理想

5、 條件因素，如電樞反應、高次諧波磁場、集膚效應、繞組內部故 障、漏磁路飽和、結構不對稱等等，電機模塊庫中的這些電機模 型就不能適用了；另外，電機模塊庫中暫時還沒有直線電機、超 聲波電機、磁懸浮電機這類特種電機的模型。對于這種情況，必 須自行建立數(shù)學模型并用 Simulink 模塊庫中的功能模塊構建仿 真模型。根據(jù)電機的基本結構建立數(shù)學模型并構建仿真模型是一 種基本功訓練， 這對電氣工程方向類的本科生和研究生顯得尤為 必要。 本文選擇最簡單的電機永磁直流電動機， 建立其數(shù)學模 型，應用 Simulink 模塊庫中的功能模塊構建仿真模型，給出了 最基本的五種仿真模型， 通過實例計算， 驗證了建模方

6、法的正確 性和有效性。 文中所用建模方法也適用于其他類型的電機。 掌握 電機模型基本建模方法就為將來建立在非理想條件下的更為復 雜的電機仿真模型打下了堅實的基礎。 1 永磁直流電動機的瞬態(tài)數(shù)學模型 為分析簡單起見假定：電機磁路不飽和； 不計電樞反應的 影響； 不計磁滯、渦流效應； 氣隙磁場均勻分布， 各繞組的 自感系數(shù)均為常數(shù)。 永磁直流電動機接線原理圖及其等效電路如圖 1 所示。電機 定子磁極為永磁體，電樞繞組在轉子上。 2 永磁直流電動機 Simulink 仿真模型 根據(jù)永磁直流電動機的微分方程式（1）,用SIMULINK功能 模塊構造出瞬態(tài)仿真模型如圖 2 所示。 根據(jù)狀態(tài)空間形式的方程

7、式（ 2），利用 Simulink 中的 State-Space 模塊直接構造出永磁直流電動機的仿真模型如圖 3 所示。 也可以使用MATLABFunction模塊，編寫M函數(shù)文件程序來 構造永磁直流電動機的瞬態(tài)仿真模型。 以上五種仿真模型封裝成子系統(tǒng)后都可以作為理想條件下 永磁直流電動機的通用仿真模型使用， 封裝成子系統(tǒng)后的永磁直 流電動機仿真模型見圖 7。 3 仿真實例 為驗證仿真模型的正確性， 下面對 Boost 直流斬波器供電的 永磁直流電動機傳動系統(tǒng)進行仿真計算。其中， Boost 直流斬波 器的參數(shù)為：電感 L=0.2mH,電容C=10y F,開關頻率 fc=100000Hz，占空比m=0.5。永磁直流電動機傳動系統(tǒng)的參數(shù) 見pmdcmB勺M函數(shù)程序。 圖 8 所示的永磁直流電動機啟動過程瞬態(tài)特性反映了永磁 直流電動機啟動過程勺客觀規(guī)律， 分別用上述五種仿真模型代入 圖7的PMDCmoto中所得仿真曲線完全一致， 從而驗證了所建立 勺仿真模型是正確勺。 4 結束語 根據(jù)永磁直流電動機的基本結構和等效電路建立了連續(xù)系 統(tǒng)理想條件下的永磁直流電動機瞬態(tài)數(shù)學模型，在MATLA& SIMULINK環(huán)境下，構建了永磁直流電動機的五種仿真模型。通 過實例仿真計算，驗證了建模方法的正確性和有效性。 所介紹的建模方法是建立理想條件下電機仿真模型的基礎， 其中，第一種