電動(dòng)機(jī)的建模與仿真畢業(yè)論文

1、<p><b>　　湖北文理學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）題目　電動(dòng)機(jī)的建模與仿真　　　 </p><p>　　學(xué) 院　　　　　 </p><p>　　?！　I(yè)　　　　　 </p><p&

2、gt;　　班　　級(jí)　　　　 　　 </p><p>　　姓 名　　　　　　　　　　　</p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師　　　　　　 　　　　 </p><p>　　2015年5月27日</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的建模與仿真研究</p>

3、<p>　　摘要：在全球能源危機(jī)和環(huán)境日益污染的大背景下，國家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，而電動(dòng)汽車就是其中重要的一環(huán)，電動(dòng)汽車的研究和開發(fā)成為實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。電動(dòng)汽車的發(fā)展有很多制約因素，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的低速發(fā)展是其中的一個(gè)重要因素，因此，研究開發(fā)一種高效電機(jī)是一種必然的趨勢, 高效節(jié)能電機(jī)成為全球電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識(shí)。</p><p>　　本文以直流電機(jī)作為研究對(duì)象，研究用于電動(dòng)汽車的

4、驅(qū)動(dòng)電機(jī)。針對(duì)電動(dòng)車的起動(dòng)特性，將MATLAB/SIMULINK應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)仿真。</p><p>　　本文介紹了電動(dòng)機(jī)的概念及分類特點(diǎn)，并詳細(xì)介紹了直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，還簡單介紹了計(jì)算機(jī)仿真與MATLAB/SIMULINK。為了研究電動(dòng)汽車的起動(dòng)特性，通過對(duì)直流電機(jī)的數(shù)學(xué)建模和基于MATLAB/SIMULINK的建模仿真，對(duì)電機(jī)的起動(dòng)及改變參數(shù)后的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，從而來學(xué)習(xí)一種設(shè)計(jì)、分析的思維方式

5、。</p><p>　　關(guān)鍵字：電動(dòng)汽車；直流電機(jī)；MATLAB/SIMULINK；電機(jī)起動(dòng)分析；軟起動(dòng)</p><p>　　The modeling and simulation research of motor </p><p>　　Abstract：In the background of an increasingly global energy cris

6、is and environmental pollution, the National Development and Reform Commission commits to the development of new energy industry and the development of electric vehicle is one of the most important part of it. At the sam

7、e time, the research and development of electric vehicle has become an important direction to achieve sustainable development. There are lots of constraints to develop electric vehicle, which an important factor is t<

8、/p><p>　　In this article, we study the DC motor, and to research and develop a motor to drive electric vehicle. For the start of electric vehicles, we study the characters of the motor start by simulation based

9、 on MATLAB/SIMULINK.</p><p>　　This article introduces the concept、classification and characteristics of the motor, besides, it introduces the structure and working principle of DC motor in details, but also

10、a brief introduction to computer simulation with MATLAB/SIMULINK. By the mathematical modeling and simulation based on MATLAB/SIMULINK of a DC motor, to research the result of the motor start to learn a way of design and

11、 analysis thinking. </p><p>　　Keywords: electric vehicle; DC motor; MATLAB/SIMULINK; analysis of the motor start；soft start</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要錯(cuò)誤!未定義書簽。<

12、;/p><p>　　Abstract錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p>　　1.2國內(nèi)外研究概況2</p><p><b>　　1.3現(xiàn)實(shí)意義2</b&g

13、t;</p><p>　　2電動(dòng)機(jī)的概念及分類特點(diǎn)3</p><p>　　2.1電動(dòng)機(jī)的概念3</p><p>　　2.2電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的基本要求3</p><p>　　2.3電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分類及特點(diǎn)[19]4</p><p><b>　　3直流電動(dòng)機(jī)6</b></p&

14、gt;<p>　　3.1直流電動(dòng)機(jī)工作原理6</p><p>　　3.1.1直流電動(dòng)機(jī)的模型結(jié)構(gòu)6</p><p>　　3.1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理7</p><p>　　3.2直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)8</p><p>　　4計(jì)算機(jī)仿真與MATLAB簡介12</p><p>　　4.1計(jì)算機(jī)仿真

15、概述12</p><p>　　4.1.1建模仿真的基本要求13</p><p>　　4.1.2仿真三要素13</p><p>　　4.2 MATLAB簡介14</p><p>　　4.2.1 MATLAB語言14</p><p>　　4.2.1 SIMULINK仿真15</p><p&g

16、t;　　5直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)建模17</p><p>　　5.1直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型17</p><p>　　6直流電動(dòng)機(jī)MATLAB仿真模型的建立19</p><p>　　6.1直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)分析19</p><p>　　6.1.1 SIMULINK模塊下建模、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)仿真19</p><p>　　6.1

17、.2給定參數(shù)驗(yàn)證19</p><p>　　6.1.3仿真結(jié)果分析22</p><p>　　6.2直流電機(jī)軟起動(dòng)23</p><p>　　6.2.1直流電機(jī)直接起動(dòng)與軟起動(dòng)SIMULINK仿真模型23</p><p>　　6.2.2仿真結(jié)果分析與比較25</p><p><b>　　總結(jié)與展望27&

18、lt;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>

19、　　在全球降低能耗的背景下，高效節(jié)能電機(jī)成為全球電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識(shí)。在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能方面，中國相繼出臺(tái)了一些指導(dǎo)政策，特別是2008年以后，加快了淘汰低效電機(jī)及拖動(dòng)設(shè)備的速度，加強(qiáng)了高效節(jié)能電機(jī)推廣力度；2009年，財(cái)政部和國家發(fā)改委將高效、超高效電機(jī)應(yīng)用列入惠民工程；2009年和2012年工業(yè)和信息化部也先后發(fā)布了兩批高耗能落后機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄。2011年新能源汽車保有量增速為59.58，在《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（201

20、22020年）》等政策刺激下，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)市場預(yù)期良好，2020年新能源汽車保有量將達(dá)50萬輛，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)市場規(guī)模迅速增長。</p><p>　　電機(jī)作為機(jī)械裝備上不可或缺的組件之一，目前，我國電機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展，特別是改革開放20多年以來的快速發(fā)展，取得了長足進(jìn)步。電機(jī)作為機(jī)械裝備上不可或缺的組件之一，目前，我國電機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展，特別是改革開放20多年以來的快速發(fā)展，取得了長足進(jìn)步。

21、</p><p>　　電動(dòng)汽車(Electric Vehicle, EV)釆用電動(dòng)機(jī)為牽引裝置，并應(yīng)用化學(xué)蓄電池組、燃料電池組、超級(jí)電容組和/或飛輪組為其相應(yīng)的能源。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛相比，電動(dòng)汽車具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如零排放、能源的利用效率高、與石油無關(guān)以及安靜、平穩(wěn)地運(yùn)行。無疑，電動(dòng)汽車的發(fā)展能有效解決石油危機(jī)和環(huán)境污染問題，已得到全球范圍內(nèi)的高度重視，各國各地紛紛制定電動(dòng)汽車的研究計(jì)劃和相關(guān)法規(guī)。</p&g

22、t;<p>　　大力發(fā)展電動(dòng)汽車，鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)研制電動(dòng)汽車，對(duì)我國是刻不容緩的重要事情，具有十分重要的意義。內(nèi)燃機(jī)車輛排放是造成環(huán)境污染的重要原因，而且情況日益惡化，嚴(yán)影響人們的生活質(zhì)暈；中國石油擁有量少，基本上成為純石油進(jìn)口國；我國在內(nèi)燃機(jī)車輛的發(fā)展上落后于發(fā)達(dá)國家，但在電動(dòng)汽車的研發(fā)上幾乎與發(fā) 達(dá)國家在同一起點(diǎn)，加速電動(dòng)汽車的發(fā)展有利于縮短我國在汽車技術(shù)研發(fā)上與先進(jìn)國家的差距，所以，電動(dòng)汽車的開發(fā)和應(yīng)用得到了政府和科研

23、部門機(jī)構(gòu)等的高度重視和支持。</p><p>　　電動(dòng)汽車要被人們廣泛接受需要解決一次充電的續(xù)駛里程和汽車價(jià)格問題，當(dāng)前，蓄電池技術(shù)還沒能取得突破性進(jìn)展，需要在能量消耗和能量回收上尋找問題的解決途徑，即研發(fā)優(yōu)質(zhì)高效的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)是解決這一問題的有效途徑。故要求電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須是轉(zhuǎn)矩密度高、轉(zhuǎn)矩控制能力好、能可靠安全運(yùn)行和具有高效率。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究概況<

24、;/p><p>　　應(yīng)用于電動(dòng)汽車中的電機(jī)類型主要有四種：直流電動(dòng)機(jī)、交流異步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。我國從20世紀(jì)50年代開始研制渦輪增壓器，據(jù)不完全資料統(tǒng)計(jì)，目前共有專業(yè)生產(chǎn)車間和生產(chǎn)廠40多家，大部分以引進(jìn)國外技術(shù)仿制為主，只有極少數(shù)內(nèi)燃機(jī)研究所和部分高校從事增壓器的開發(fā)和研究工作。經(jīng)過近50年的開發(fā)，逐漸形成一定規(guī)模的產(chǎn)量。四種電機(jī)都具有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，隨著近十年來，電能轉(zhuǎn)換技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展

25、進(jìn)步，交流電機(jī)及其控制技術(shù)有了很大的發(fā)展，比直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更小型輕量且效率更高，調(diào)速范圍廣，少維護(hù)，總體性能比直流電機(jī)優(yōu)越，因此它們?cè)陔妱?dòng)汽車中的應(yīng)用更具優(yōu)勢。</p><p><b>　　1.3現(xiàn)實(shí)意義</b></p><p>　　電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，是研究電動(dòng)汽車必須解決的重要問題之一，而對(duì)電機(jī)類型的比較與選擇是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)毒的難點(diǎn)之一。研究與

26、選擇適合的電機(jī)對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展具有重要的意義，解決了電機(jī)問題或許會(huì)使電動(dòng)汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車從而從很大程度上解決能源缺乏和環(huán)境污染等問題。</p><p>　　2電動(dòng)機(jī)的概念及分類特點(diǎn)</p><p><b>　　2.1電動(dòng)機(jī)的概念</b></p><p>　　是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。電動(dòng)機(jī)也稱（俗稱馬達(dá)），在電路中

27、用字母“M”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“D”）表示[18]。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為用電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。</p><p>　　2.2電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的基本要求</p><p>　　汽車行駛的特點(diǎn)是頻繁地啟動(dòng)、加速、減速、停車等。在低速或爬坡時(shí)需要高轉(zhuǎn)矩，在高速行駛時(shí)需要低轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)能滿足汽車從零到最大行駛速度的要求，即要求電動(dòng)機(jī)具有高的比功率和功率密度。電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足的主

28、要要求可歸納為如下10個(gè)方面[19]:</p><p>　　(1) 高電壓。在允許的范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，可以減小電動(dòng)機(jī)的尺寸和導(dǎo)線等裝備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本。工作電壓由THS的274 V提高到THS B的500 V;在尺寸不變的條件下，最高功率由33 kW提高到50 kW,最大轉(zhuǎn)矩由350 N"m提高到400ON"m?？梢?，應(yīng)用高電壓系統(tǒng)對(duì)汽車動(dòng)力性能的提高極為有利。<

29、;/p><p>　　(2)轉(zhuǎn)速高。電動(dòng)汽車所采用的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到8 000一12 000 r/min，高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低裝車的裝備質(zhì)量。</p><p>　　(3)質(zhì)量輕，體積小。電動(dòng)機(jī)可通過采用鋁合金外殼等途徑降低電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，各種控制裝置和冷卻系統(tǒng)的材料等也應(yīng)盡可能選用輕質(zhì)材料。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)要求有高的比功率(電動(dòng)機(jī)單位質(zhì)量的輸出功率)和在較寬的轉(zhuǎn)速

30、和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有較高的效率，以實(shí)現(xiàn)降低車重，延長續(xù)駛里程;而工業(yè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通常對(duì)比功率、效率及成本進(jìn)行綜合考慮，在額定工作點(diǎn)附近對(duì)效率進(jìn)行優(yōu)化。</p><p>　　(4)電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能，以滿足啟動(dòng)、加速、行駛、減速、制動(dòng)等所需的功率與轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有自動(dòng)調(diào)速功能，以減輕駕駛員的操縱強(qiáng)度，提高駕駛的舒適性，并且能夠達(dá)到與內(nèi)燃機(jī)汽車加速踏板同樣的控制響應(yīng)。</p>&

31、lt;p>　　(5)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)需要有4一5倍的過載，以滿足短時(shí)加速行駛與最大爬坡度的要求，而工業(yè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)只要求有2倍的過載就可以了。</p><p>　　(6)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有高的可控性、穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)性能，以滿足多部電動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行，而工業(yè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)只要求滿足某一種特定的性能。</p><p>　　(7)電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有高效率、低損耗，并在車輛減速時(shí)，可進(jìn)行制動(dòng)能量回收

32、。</p><p>　　(8)電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性應(yīng)達(dá)到有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。電動(dòng)汽車的各種動(dòng)力電池組和電動(dòng)機(jī)的工作電壓可以達(dá)到300 V以上，因此必須裝備高壓保護(hù)設(shè)備以保證安全。</p><p>　　(9)能夠在惡劣條件下可靠工作。電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有高的可靠性、耐溫和耐潮性，并在運(yùn)行時(shí)噪聲低，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作。</p><p>　　(10)結(jié)構(gòu)簡單.

33、適合大批量生產(chǎn)，使用維修方便.價(jià)格便宜等。</p><p>　　2.3電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分類及特點(diǎn)[19]</p><p>　?。?）直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有起步加速牽引力大，控制系統(tǒng)較簡單等郵電。其缺點(diǎn)是有換向器和電刷，當(dāng)在高速大負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，換向器表面會(huì)產(chǎn)生火花，電刷磨損加快，所以電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不能太高。由于直流電機(jī)的換向器和電

34、刷需保養(yǎng)，又不適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)，一般不適用于高速電動(dòng)汽車，但是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的低成本及控制簡單的特點(diǎn)特別適合低速電動(dòng)汽車，故目前滯留電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍是低速電動(dòng)汽車的首選驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。但是通過合理設(shè)計(jì)電機(jī)結(jié)構(gòu)、改進(jìn)控制技術(shù)，這些缺點(diǎn)可得以大大改善，其產(chǎn)品性能基本滿足整車需求。</p><p>　　（2）交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　交流異步電機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、運(yùn)行可

35、靠，低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、低噪聲，不需要位置傳感器，轉(zhuǎn)速極限高。目前交流電機(jī)的矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟，使得異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，目前仍然是高速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，尤其在美國。但已有被其它新型永磁同步牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逐步取代的趨勢。最大缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜、成本高，相對(duì)永磁電機(jī)而言，異步電機(jī)效率和功率密度偏低。</p><p>　　（3）永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　永

36、磁同步電機(jī)具有較高的功率密度和效率以及寬廣的調(diào)速范圍，發(fā)展前景十分廣闊，在電視車輛牽引電機(jī)中是強(qiáng)有力的競爭者，特別是內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，在永磁轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上迭加了磁阻轉(zhuǎn)矩，提高了電機(jī)的過載能力和功率密度，而且易于弱磁調(diào)速，擴(kuò)大了恒功率運(yùn)行范圍，適合用作電動(dòng)汽車的牽引驅(qū)動(dòng)。永磁同步電機(jī)區(qū)隊(duì)系統(tǒng)低速時(shí)常采用矢量控制，高速時(shí)用弱磁控制。</p><p>　?。?）新一代SRD開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</p>&

37、lt;p>　　SRD開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊牢固，適合于高速運(yùn)行，并且驅(qū)動(dòng)電路簡單成本低、性能可靠，在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)效率都比較高，而且可以方便地實(shí)現(xiàn)四象限控制，這些特點(diǎn)都很適合在電動(dòng)車輛的各種工況下運(yùn)行，是電動(dòng)車輛中具有潛力的機(jī)種。SRD的最大缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，噪聲大，此外，相對(duì)永磁電機(jī)而言，功率密度和效率偏低。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，直接影響整車的動(dòng)力性及

38、經(jīng)濟(jì)性。驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要包括直流電機(jī)和交流電機(jī)，目前低速電動(dòng)汽車主要采用直流換向器電機(jī)，高速電動(dòng)汽車廣泛使用的電機(jī)主要包括：異步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)和永磁電機(jī)。</p><p><b>　　3直流電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　3.1直流電動(dòng)機(jī)工作原理</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)就是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)[18]，是電動(dòng)機(jī)的主要類型之

39、一，具有機(jī)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、控制容易等特點(diǎn)，在早期的電動(dòng)汽車中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是場地用電動(dòng)車和專用電動(dòng)車上應(yīng)用更為普遍。</p><p>　　3.1.1直流電動(dòng)機(jī)的模型結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3.1所示為一臺(tái)直流電機(jī)簡單模型圖。N、S為定子上固定不動(dòng)的兩個(gè)主磁極，主磁極可以采用永久磁鐵，也可以采用電磁鐵，在電磁鐵的勵(lì)磁線圈上通以方向不變的直流電流，便形成一定極性的磁極。</

40、p><p>　　圖3.1直流發(fā)電機(jī)工作原理</p><p>　　在兩個(gè)主磁極N、S之間裝有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的、由鐵磁材料制成的圓柱體，圓柱體表面嵌有一線圈（稱為電樞繞組），線圈首末兩端分別連接到兩個(gè)弧形鋼片（稱為換向片）上。換向片之間用絕緣材料構(gòu)成一整體，稱為換向器，它固定在轉(zhuǎn)軸上（但與轉(zhuǎn)軸絕緣），隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱為電樞。為了接通電樞內(nèi)電路和外電路，在定子上裝有兩個(gè)固定不動(dòng)的電刷A和

41、B，并壓在換向器上，與其滑動(dòng)接觸。</p><p>　　3.1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理</p><p>　　圖3-2所示為兩極直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖。直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與直流發(fā)電機(jī)相同，不同的是電刷A、B外接一直流電源。圖示瞬時(shí)電流的流向?yàn)椋鶤換向片→1→a→b→c→d→換向片2→B→－。根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab、cd都將受到電磁力f的作用，其大小為：</p><p&g

42、t;　?。∟） （3-1）</p><p>　　式中i——導(dǎo)體中流過的電流（A）。</p><p>　　圖3.2直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖</p><p>　　導(dǎo)體所受電磁力的方向用左手定則確定，在此瞬時(shí)，ab位于N極下，受力方向從右向左，cd位于S極下，受力方向從左向右，電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸便形成一電磁轉(zhuǎn)矩T

43、。在T的作用下，電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)起來。</p><p>　　當(dāng)電樞轉(zhuǎn)到90°，電刷不與換向片接觸，而與換向片間的絕緣片相接觸，此時(shí)線圈中沒有電流流過，i=0，故電磁轉(zhuǎn)矩T=0。但由于機(jī)械慣性的作用，電樞仍能轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，電刷A、B又將分別與換向片2、1接觸。線圈中又有電流i流過，此時(shí)，導(dǎo)體ab、cd中電流改變了方向，即為b→a，d→c，，且導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，ab所受的電磁力f方向從左向右，cd轉(zhuǎn)到N極下

44、，cd所受的電磁力方向從右向左。因此，線圈仍然受到逆時(shí)針方向電磁轉(zhuǎn)矩的作用，電樞始終保持同一方向旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　在直流電動(dòng)機(jī)中，電刷兩端雖然加的是直流電源，但在電刷和換向器的作用下，線圈內(nèi)部卻變成了交流電，從而產(chǎn)生了單方向的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)的線圈中也將感應(yīng)產(chǎn)生電勢e，其方向與線圈中電流方向相反，故稱為反電勢。直流電動(dòng)機(jī)若要維持繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，外加電壓就必須高于反電勢，才能不斷地克服反電

45、勢而流人電流，正是這種不斷克服，實(shí)現(xiàn)了將電能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能。</p><p>　　由此可見，直流電機(jī)具有可逆性，即一臺(tái)直流電機(jī)既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。當(dāng)輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能時(shí)，電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行；當(dāng)輸入直流電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能時(shí)，電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。例如電力機(jī)車在牽引工況時(shí)，牽引電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，產(chǎn)生牽引力；在制動(dòng)工況時(shí)，牽引電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將機(jī)車和列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，產(chǎn)生制

46、動(dòng)力對(duì)機(jī)車進(jìn)行電氣制動(dòng)。</p><p>　　3.2直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　直流電機(jī)由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定大小的間隙(稱氣隙)，如圖3.3所示[11]。</p><p>　　圖3.3直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1-直流電機(jī)總成；2-后端蓋；3-通風(fēng)機(jī)；4-定子總成；</p&

47、gt;<p>　　5-轉(zhuǎn)子（電樞）總成；6-電刷裝置；7-前端蓋</p><p><b>　　1.定子</b></p><p>　　直流電機(jī)定子的作用是產(chǎn)生磁場和作為電機(jī)的機(jī)械支撐。主要由機(jī)座、主磁極、換向極和電刷裝置等組成。</p><p><b>　?。?）機(jī)座</b></p><p&

48、gt;　　機(jī)座兼起機(jī)械支撐和導(dǎo)磁磁路兩個(gè)作用。它既用來作為安裝電機(jī)所有零件的外殼，又是聯(lián)系各磁極的導(dǎo)磁鐵軛。機(jī)座通常為鑄鋼件，也有采用鋼板焊接而成的。</p><p><b>　　（2）主磁極</b></p><p>　　主磁極是一個(gè)電磁鐵，如圖3-4所示，由主極鐵心和主極線圈兩部分組成。主極鐵心一般用1-1.5mm厚的薄鋼板沖片疊壓后再用鉚釘鉚緊成一個(gè)整體。小型電機(jī)

49、的主極線圈用絕緣銅線（或鋁線）繞制而成，大中型電機(jī)主極線圈用扁銅線繞制，并進(jìn)行絕緣處理，然后套在主極鐵心外面。整個(gè)主磁極用螺釘固定在機(jī)座內(nèi)壁。</p><p><b>　　圖3.4主磁極</b></p><p>　　1-機(jī)座；2-主極螺釘；3-主極鐵心；4-框架；5-主極繞組；6-絕緣墊襯</p><p><b>　　（3）換向極&l

50、t;/b></p><p>　　換向極又稱為附加極，它裝在兩個(gè)主極之間，用來改善直流電機(jī)的換向。換向極由換向極鐵心和換向極線圈構(gòu)成。換向極鐵心大多用整塊鋼加工而成。但在整流電源供電的功率較大電機(jī)中，為了更好地改善電機(jī)換向，換向極鐵心也采用疊片結(jié)構(gòu)。換向極線圈與主極線圈一樣也是用圓銅線或扁銅線繞制而成，經(jīng)絕緣處理后套在換向極鐵心上，最后用螺釘將換向極固定在機(jī)座內(nèi)壁。</p><p>&

51、lt;b>　?。?）電刷裝置</b></p><p>　　電刷裝置的作用是通過電刷與換向器表面的滑動(dòng)接觸，把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與外電路相連。電刷裝置一般由電刷、刷握、刷桿、刷桿座等部分組成，如圖3-5所示。電刷一般用石墨粉壓制而成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊在換向器上，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在刷桿座上，成為一個(gè)整體部件。</p><p><b>　　圖3.5電刷裝

52、置</b></p><p>　　1-刷桿座；2-彈簧；3-刷桿；4-電刷；5-刷握；6-絕緣桿</p><p><b>　　2.轉(zhuǎn)子</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子又稱電樞，主要由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組和換向器等組成。</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)軸</b></p>

53、;<p>　　轉(zhuǎn)軸的作用是用來傳遞轉(zhuǎn)矩，一般用合金鋼鍛壓而成。</p><p><b>　?。?）電樞鐵心</b></p><p>　　電樞鐵心是電機(jī)磁路的一部分，也是承受電磁力作用的部件。當(dāng)電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)時(shí)，在電樞鐵心中將產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，為了減小這些損耗的影響，電樞鐵心通常用0.5mm厚的電工鋼片迭壓而成，電樞鐵心固定在轉(zhuǎn)子支架或轉(zhuǎn)軸上。電樞鐵心

54、沖片如圖3-6所示，沿鐵心外圈均勻地分布有槽，在槽內(nèi)嵌放電樞繞組。</p><p>　　圖3.6電樞鐵心沖片和鐵心</p><p>　　1-電樞鐵心；2-換向器；3-繞組元件；4-鐵心沖片</p><p><b>　　（3）電樞繞組</b></p><p>　　電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電勢和通過電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電

55、能量轉(zhuǎn)換。它是直流電機(jī)的主要電路部分。電樞繞組通常都用圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞制而成，再按一定規(guī)律嵌放在電樞槽內(nèi)，上下層之間以及電樞繞組與鐵心之間都要妥善地絕緣。為了防止離心力將繞組甩出槽外，槽口處需用槽楔將繞組壓緊，伸出槽外的繞組端接部分用無緯玻璃絲帶綁緊。繞組端頭則按一定規(guī)律嵌放在換向器鋼片的升高片槽內(nèi)，并用錫焊或氬弧焊焊牢。</p><p><b>　　（4）換向器</b></p&

56、gt;<p>　　換向器的作里是機(jī)械整流，即在直流電動(dòng)機(jī)中，它將外加的直流電流逆變成繞組內(nèi)的交流電流；在直流發(fā)電機(jī)中，它將繞組內(nèi)的交流電勢整流成電刷兩端的直流電勢。換向器的結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。換向器由許多換向片組成，換向片間用云母片絕緣。換向片凸起的一端稱升高片，用以與電樞繞組端頭相連，換向片下部作成燕尾形，利用換向器套筒、V形壓圈及螺旋壓圈將換向片、云母片緊固成一個(gè)整體。在換向片與換向器套筒、壓圈之間用V形云母環(huán)絕緣，最

57、后將換向器壓裝在轉(zhuǎn)軸上。</p><p><b>　　圖3.7換向器</b></p><p>　　1-螺旋壓圈；2-換向器套筒；3-V形壓圈；4-V形云母環(huán)；5-換向銅片；6-云母片。</p><p>　　4計(jì)算機(jī)仿真與MATLAB簡介</p><p>　　4.1計(jì)算機(jī)仿真概述</p><p>　

58、　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)[3]是以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)以及仿真應(yīng)用領(lǐng)域的有關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、與應(yīng)用有關(guān)的物理效應(yīng)設(shè)備及仿真器為工具，利用模型對(duì)系統(tǒng)（已有的或設(shè)想的）進(jìn)行研究的一門多學(xué)科的綜合性的技術(shù)。</p><p>　　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)以及仿真應(yīng)用領(lǐng)域的有關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、與應(yīng)用有關(guān)的物理效應(yīng)設(shè)備及仿真器為工具，利用模型對(duì)系統(tǒng)（已有的或設(shè)想的）進(jìn)行研究的一門多學(xué)

59、科的綜合性的技術(shù)。</p><p>　　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)經(jīng)歷了三次變革浪潮已發(fā)展成為集計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動(dòng)控制、圖形圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件工程、信息處理和人工智能等多個(gè)學(xué)科的高新技術(shù)。它的應(yīng)用輻射各個(gè)學(xué)科、各個(gè)部門和各個(gè)領(lǐng)域，是當(dāng)今世界的前沿科學(xué)之一。國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)應(yīng)用是推動(dòng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力，不斷增長的新需求，尤其是軍事需求是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的生命線。</p>&l

60、t;p>　　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)集成了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)中多種現(xiàn)代化頂尖技術(shù)手段，正在極大地?cái)U(kuò)展著人類的視野、時(shí)限和能力，在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生著日益重要的作用。從應(yīng)用的廣度來看，已經(jīng)從早期的航空航天、火力發(fā)電和核動(dòng)力發(fā)電部門擴(kuò)展到今天的軍事、電子、通信、交通、艦船、化工、煉油、石油、冶金、建筑、氣象、地質(zhì)、礦產(chǎn)、水文、機(jī)械制造、輕工、企業(yè)管理、環(huán)境、文化教育、技術(shù)訓(xùn)練、體育娛樂、社會(huì)與發(fā)展等多種行業(yè)、多種部門。從應(yīng)用的深度來看，已經(jīng)滲透到系統(tǒng)生

61、命周期的全過程，例如新產(chǎn)品或新系統(tǒng)的研究、試驗(yàn)、初步設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、開工可行性分析、運(yùn)行優(yōu)化、控制優(yōu)化、故障預(yù)測、管理和市場策略等各個(gè)環(huán)節(jié)。</p><p>　　仿真本質(zhì)上是一種知識(shí)處理的過程。典型的系統(tǒng)仿真過程包括：系統(tǒng)模型建立、仿真模型建立、仿真程序設(shè)計(jì)、模型確認(rèn)、仿真試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析處理等，它設(shè)計(jì)很多領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　系統(tǒng)仿真可以有多種分類方法。按模型的

62、類型，可以分為連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散系統(tǒng)仿真、連續(xù)/離散（時(shí)間）混和系統(tǒng)仿真和定性系統(tǒng)仿真；按仿真的實(shí)現(xiàn)方法和手段，可分為物理仿真、計(jì)算機(jī)仿真、硬件在回路中的仿真（半實(shí)物仿真）和人在回路中的仿真；根據(jù)人和設(shè)備的真實(shí)程度，可以分為實(shí)況仿真、虛擬仿真和構(gòu)造仿真。</p><p>　　4.1.1建模仿真的基本要求</p><p>　　建模仿真有以下基本要求[3]。</p><p

63、><b>　　清晰性</b></p><p>　　一個(gè)大的系統(tǒng)往往由許多子系統(tǒng)組成，因此對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)模型也由許多子模型組成。在子模型與子模型之間，除了為實(shí)現(xiàn)研究目的所必需的信息外，互相耦合要盡可能少，結(jié)構(gòu)盡可能清晰。</p><p><b>　　切題性</b></p><p>　　系統(tǒng)模型只應(yīng)該包括與研究目的有關(guān)的方面

64、，也就是與研究目的有關(guān)的系統(tǒng)行為子集的特征描述。對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)，模型不是唯一的，研究目的不同，模型也不同。如研究空中管制問題，所關(guān)心的是飛機(jī)質(zhì)心動(dòng)力學(xué)與坐標(biāo)動(dòng)力學(xué)模型；如果研究飛機(jī)的穩(wěn)定性合操作性問題，則關(guān)心的是飛機(jī)繞質(zhì)心的動(dòng)力學(xué)和駕駛儀動(dòng)力學(xué)模型。</p><p><b>　　精確性</b></p><p>　　同一個(gè)系統(tǒng)的模型按其精確程度要求可以分為許多級(jí)。對(duì)不同

65、的工程，精確程度要求不一樣。例如用于飛行器系統(tǒng)研制全過程的工程仿真器要求模型精確度高，甚至要考慮到一些小參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，這樣的系統(tǒng)模型復(fù)雜，對(duì)仿真計(jì)算機(jī)的性能要求也高；但用于訓(xùn)練飛行員的飛行仿真器，對(duì)模型的精確度要求則相對(duì)低一些，只要求被培訓(xùn)人員感到“真”即可。</p><p><b>　　集合性</b></p><p>　　這是指把一些個(gè)別的實(shí)體能組成更大實(shí)體的程

66、度，有時(shí)要盡量從能合并成一個(gè)大的實(shí)體的角度考慮對(duì)一個(gè)系統(tǒng)實(shí)體的分割。例如對(duì)武器射擊精度的鑒定，并不十分關(guān)心每發(fā)子彈的射擊偏差，而著重討論多發(fā)子彈設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)特性。</p><p>　　4.1.2仿真三要素</p><p>　　計(jì)算機(jī)仿真的三個(gè)基本要素是系統(tǒng)、模型和計(jì)算機(jī)，聯(lián)系著它們的三項(xiàng)基本活動(dòng)是模型建立、仿真模型建立（又稱為二次建模）和仿真試驗(yàn)。其關(guān)系如圖4.1所示：</p>

67、<p>　　圖4.1仿真的三要素</p><p>　　數(shù)學(xué)仿真采用數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)語言描述系統(tǒng)行為子集的特征。其工作過程一般是：</p><p>　　建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；</p><p>　　建立系統(tǒng)的仿真模型，即設(shè)計(jì)算法，并轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)程序，使系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型能為計(jì)算機(jī)所接受并能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行；</p><p>　　運(yùn)行仿真模型，

68、進(jìn)行仿真試驗(yàn)，再根據(jù)仿真試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)一步修正系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和仿真模型。</p><p>　　4.2 MATLAB簡介</p><p>　　4.2.1 MATLAB語言</p><p>　　MATLAB是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。這使它成為國際控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣的首選軟件工

69、具?，F(xiàn)在MATLAB軟件不但廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域，也應(yīng)用于其它的工程和非工程領(lǐng)域。在控制界，很多著名專家和學(xué)者為其擅長的領(lǐng)域開發(fā)了工具箱，而其中很多工具箱己經(jīng)成為該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　MATLAB語言有以下特點(diǎn)：</p><p>　　起點(diǎn)高：每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，它可以有n×m個(gè)元素，每個(gè)元素都看作是復(fù)數(shù)，各種運(yùn)算對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)都有效。</p><p

70、>　　人機(jī)界面適合科技人員：MATLAB的程序與科技人員的書寫習(xí)慣相近，因此，它易讀易寫，易于科技人員交流。MATLAB是以解釋方式工作的，若有錯(cuò)誤立即做出反應(yīng)，便于編程者立即改正。這些都減輕了編程和調(diào)試的工作量。</p><p>　　強(qiáng)大而簡易的作圖功能：能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖，能繪制多種坐標(biāo)系的圖形。能繪制三維曲線和曲面，如果數(shù)據(jù)齊全，通常只需要一條命令即可繪出圖形。</p>&l

71、t;p>　　智能化度高：繪圖時(shí)自動(dòng)選擇最佳坐標(biāo)以及按輸入或輸出自動(dòng)選擇算法;數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長，自動(dòng)檢測和顯示程序錯(cuò)誤的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。</p><p>　　功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)：MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)部分?；静糠职?矩陣的各種運(yùn)算和各種變換、代數(shù)和超越方程求解、數(shù)值積分等。各領(lǐng)域的科技人員在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本專業(yè)的知識(shí)編寫出許多有用的工具箱為自己的專業(yè)服務(wù)。這些工具箱就是專業(yè)部分

72、?，F(xiàn)在它們己有控制系統(tǒng)、信號(hào)處理、圖象處理、系統(tǒng)辯識(shí)、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析等20多個(gè)工具箱，并且還在繼續(xù)擴(kuò)展。</p><p>　　MATLAB語言集計(jì)算、數(shù)據(jù)可視和程序設(shè)計(jì)于一體，并能用人們熟悉的符號(hào)表示出來，在工程計(jì)算方面具有不可比擬的優(yōu)越性；它還為圖形處理提供了豐富的函數(shù)。數(shù)學(xué)函數(shù)庫中包括了大量的數(shù)學(xué)函數(shù)。因此，MATLAB已成為世界上應(yīng)用最廣泛的工程計(jì)算應(yīng)用軟件之一。</p>&l

73、t;p>　　目前，電機(jī)控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，不斷有新的控制算法被采用。仿真是對(duì)其進(jìn)行研究的一個(gè)重要的不可缺少的手段。MATLAB的仿真研究功能被成功方便地應(yīng)用到各種科研過程中。</p><p>　　4.2.1 SIMULINK仿真</p><p>　　SIMULINK是一種用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的軟件工具，它是MATLAB的一個(gè)附加組件，用來提供一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的建模與動(dòng)態(tài)仿真工作平臺(tái)[4]。它

74、是用模塊組合的方法來使用戶能夠快速、準(zhǔn)確的創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型的，特別是對(duì)于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，它的效果更為明顯。</p><p>　　SIMULINK模型可以用來模擬線性或非線性、連續(xù)或離散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說它可以用來模擬幾乎所有可遇到的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)[5]。另外，它還提供一套圖形動(dòng)畫的處理方法，使用戶可以方便地觀察到仿真的整個(gè)過程。</p><p>　　SIMULINK沒有單獨(dú)的

75、語言，但他它提供了S函數(shù)規(guī)則。S函數(shù)使SIMULINK更加充實(shí)、完備，具有更強(qiáng)的處理能力。一個(gè)典型的SIMULINK模型包括如下三種類型的元素：</p><p><b>　　信號(hào)源模塊</b></p><p><b>　　被模擬的系統(tǒng)模塊</b></p><p><b>　　輸出顯示模塊</b><

76、;/p><p>　　如圖4-2所示說明了這三種元素之間的典型關(guān)系。系統(tǒng)模塊作為中心模塊是SIMULINK仿真建模所要解決的主要部分：信號(hào)源為系統(tǒng)的輸入，它包括常數(shù)信號(hào)源、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（如信號(hào)波和階躍函數(shù)波等）和用戶自己在MATLAB中創(chuàng)建的自定義信號(hào)。系統(tǒng)的輸出由顯示模塊接收。輸出顯示形式包括圖形顯示、示波器顯示和輸出到文件或MATLAB工作空間三種。輸出模塊主要在Sinks庫中。</p><p

77、>　　圖4.2 SIMULINK模型元素關(guān)聯(lián)圖</p><p>　　SIMULINK模型并不一定要包含全部的三種元素，在實(shí)際應(yīng)用中通?？梢匀鄙倨渲械囊粋€(gè)或兩個(gè)。例如，若要模擬一個(gè)系統(tǒng)偏離平衡位置后的自恢復(fù)行為，就可以建立一個(gè)沒有輸入而只有系統(tǒng)模塊加一個(gè)顯示模塊的模型。在某種情況下，也可以建立一個(gè)只有源模塊和顯示模塊的系統(tǒng)。若需要一個(gè)由幾個(gè)函數(shù)復(fù)合的特殊信號(hào)，則可以使用源模塊生成信號(hào)并將其送入MATLAB工作

78、空間或文件中。</p><p>　　5直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)建模</p><p>　　隨著交流傳動(dòng)技術(shù)，特別是變頻調(diào)速技術(shù)、矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)交流傳動(dòng)的研究越來越深入。計(jì)算機(jī)仿真作為研究交流傳動(dòng)的一種重要手段，也越來越受到重視。計(jì)算機(jī)仿真軟件MATLAB/SIMULINK以其簡單易用、建模方式靈活等特點(diǎn)更是深受廣大研究者的青睞。</p><p>

79、　　5.1直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)如圖5.1所示[12]</p><p>　　圖5.1直流電機(jī)模型</p><p>　　假設(shè)電流連續(xù)額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)電樞回路電壓平衡方程為：</p><p><b>　　（5-1）</b></p><p>　　式中Rd為電樞回

80、路的電阻，L為電樞回路的電感，E為反電動(dòng)勢。</p><p>　　當(dāng)激勵(lì)電壓為常數(shù)時(shí)，E與轉(zhuǎn)速n成正比</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　忽略粘性摩擦，轉(zhuǎn)矩平衡方程為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><

81、b>　　（5-4）</b></p><p><b>　?。?-5） </b></p><p><b>　　（5-6）</b></p><p>　　為額定勵(lì)磁下的電磁轉(zhuǎn)矩，為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，為負(fù)載電流，為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速慣量，為電機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩電流比。（5-1）—（5-6）可得到額定勵(lì)磁下輸入為、，輸出量為n的直

82、流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　6直流電動(dòng)機(jī)MATLAB仿真模型的建立</p><p>　　6.1直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)分析</p><p>　　6.1.1 SIMULINK模塊下建模、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)仿真</p><p>　　啟動(dòng)MATLAB在命令提示符下輸入SIMULINK,啟動(dòng)SIMULINK模塊，新建一個(gè)仿真模型，由式（1）--（6）

83、可建立仿真模型。如圖6.1所示：</p><p>　　圖6.1直流電機(jī)仿真模型</p><p>　　6.1.2給定參數(shù)驗(yàn)證</p><p>　　為了驗(yàn)證模型的正確性，現(xiàn)給定直流電機(jī)的參數(shù)如下： =220V， =53A， =1650r／min，L=0.015H，R=1，=0.132,，=(30/π)，固定轉(zhuǎn)矩為67。</p><p>　　因電機(jī)

84、額定電壓為220V,若給電機(jī)加上220V的階躍信號(hào),電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)在1650r/min左右,仿真結(jié)果如圖6.2所示</p><p>　　圖6.2額定220V電壓起動(dòng)</p><p>　　電機(jī)啟動(dòng)后給電機(jī)分別加上30A、60A、90A、120A的負(fù)載電阻，分析電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況。</p><p>　　電機(jī)起動(dòng)2 S后給電機(jī)加上負(fù)載=30A</p><

85、p>　　設(shè)置步長2，終止值為30，仿真結(jié)果如圖6.3</p><p>　　圖6.3 2S后加30A負(fù)載電流</p><p>　　電機(jī)啟動(dòng)2秒后給電機(jī)加上負(fù)載</p><p>　　設(shè)置步長為2，終止值為60，仿真結(jié)果如圖6.4</p><p>　　圖6.4 2S后加60A負(fù)載電流</p><p>　　電機(jī)啟動(dòng)2秒后

86、給電機(jī)加上負(fù)載</p><p>　　設(shè)置步長為2，終止值為90，仿真結(jié)果如圖6.5</p><p>　　圖6.5 2S后加90A負(fù)載電流</p><p>　　電機(jī)啟動(dòng)2秒后給電機(jī)加上負(fù)載</p><p>　　設(shè)置步長為2，終止值為200，仿真結(jié)果如圖6.6</p><p>　　圖6.6 2S后加200A負(fù)載電流<

87、/p><p>　　6.1.3仿真結(jié)果分析</p><p>　　很明顯當(dāng)電動(dòng)機(jī)無負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速在1650r/min左右，隨著負(fù)載的加大電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降但最后趨于穩(wěn)定，當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到200A時(shí)電機(jī)幾乎停止轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢姂?yīng)用MATLAB/SIMULINK建立的直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)模型，并在不同負(fù)載下對(duì)其進(jìn)行的動(dòng)態(tài)仿真，取得了比較理想的仿真結(jié)果。證明了模型的準(zhǔn)確性，表明了用SIMULINK平臺(tái)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行仿真

88、分析是一種方便高效實(shí)用的方法。</p><p>　　6.2直流電機(jī)軟起動(dòng)</p><p>　　根據(jù)電機(jī)學(xué)的知識(shí)可知，直流電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)時(shí)電樞電流較大，不適用于大負(fù)載的工況，因此在此章研究對(duì)比電機(jī)的軟起動(dòng)。所謂電機(jī)的軟起動(dòng)，是指在電源后并接一個(gè)電容，由于電容不能突變，因此加到電機(jī)兩端的電壓也是連續(xù)變化的。即電機(jī)兩端電壓從零慢慢升到額定電壓，這樣電機(jī)在啟動(dòng)過程中的啟動(dòng)電流，就由過去過載沖擊電

89、流不可控制變成為可控制。并且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流的大小。電機(jī)啟動(dòng)的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的起動(dòng)運(yùn)行。這就是軟起動(dòng)。</p><p>　　6.2.1直流電機(jī)直接起動(dòng)與軟起動(dòng)SIMULINK仿真模型</p><p>　　電動(dòng)機(jī)模型位于SimPowerSystems工具箱下machines庫中的DC machines 是直流電動(dòng)機(jī)模型 </p><p>　　圖

90、6.7直流電機(jī)模型</p><p>　　F＋和F-:此端子為直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電路控制端子，分別連接勵(lì)磁電源的正極與負(fù)極；</p><p>　　A＋和A-: 電動(dòng)機(jī)電樞回路控制端；</p><p>　　TL：電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸入端；</p><p>　　m: 電動(dòng)機(jī)信號(hào)的測試端，包括轉(zhuǎn)速w(rad/s),電樞電流Ia（A），</p>

91、;<p>　　勵(lì)磁電流If（A），電磁轉(zhuǎn)矩Te（N.m）。</p><p>　　如下圖6.8為直流電機(jī)直接起動(dòng)SIMULINK模型</p><p>　　圖6.8直流電機(jī)直接起動(dòng)模型</p><p>　　如下圖6.8為直流電機(jī)軟起動(dòng)SIMULINK模型</p><p>　　圖6.9直流電機(jī)軟起動(dòng)模型</p><

92、p>　　從圖6.8與6.9可以看出，電機(jī)的軟起動(dòng)模型是在直接起動(dòng)模型的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)電容模塊1ohm，此模塊參數(shù)如下圖</p><p>　　圖6.10 1ohm模塊參數(shù)</p><p>　　其中電阻為0.1歐姆，電容無窮大。根據(jù)電路的知識(shí)，其電阻值可以忽略，可以近似的表示為一個(gè)電容值為無窮大的電容。即在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過程中，該模塊的作用是阻止電壓的突然增大，使電壓緩慢增大到額定值。&

93、lt;/p><p>　　6.2.2仿真結(jié)果分析與比較</p><p>　　圖6.11直接起動(dòng)仿真結(jié)果</p><p>　　圖6.12軟起動(dòng)仿真結(jié)果</p><p>　　根據(jù)以上兩圖分析比較可知，電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)過程中，電機(jī)兩端電壓是緩慢連續(xù)上升的，而直接起動(dòng)的電壓則是直接到達(dá)額定值。相對(duì)來說，軟啟動(dòng)過程中電樞電流比直接起動(dòng)的電流稍微小一點(diǎn)，因此，直

94、流電機(jī)的軟起動(dòng)更適用于大負(fù)載起動(dòng)，軟起動(dòng)要優(yōu)于直接起動(dòng)?？梢?，該模型應(yīng)用于MATLAB的仿真是有實(shí)用價(jià)值的。</p><p><b>　　總結(jié)與展望</b></p><p>　　總結(jié)：本文主要是研究在國家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)背景下的新能源汽車用電動(dòng)機(jī)，分析了電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的基本要求及應(yīng)用于電動(dòng)汽車的4中主流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。然后利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

95、進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果分析出電機(jī)的軟起動(dòng)要優(yōu)于直接起動(dòng)的結(jié)論。</p><p>　　由于本人的知識(shí)有限，文中的一些結(jié)論或許有稍許偏差，電動(dòng)汽車直接用直流電機(jī)的案例已越來越少，直流電動(dòng)機(jī)基本上已經(jīng)被交流異步、永磁同步電動(dòng)機(jī)或開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)所取代。 </p><p>　　展望：電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)政策及措施建議</p><p>　　(一)加強(qiáng)核心技術(shù)研發(fā)</p&g

96、t;<p>　　采取國家支持、技術(shù)聯(lián)盟等多種方式，掌握動(dòng)力電池領(lǐng)域前沿技術(shù)，重點(diǎn)加強(qiáng)動(dòng)力電池安全性、能量密度、循環(huán)壽命、成本、成組技術(shù)以及關(guān)鍵材料的配套，加強(qiáng)下一代動(dòng)力電池新材料、新體系、新工藝等方面的研發(fā)。同時(shí)，加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)核心部件、機(jī)電集成水平、產(chǎn)品可靠性、一致性等方面的研發(fā)，提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)的比功率和效率;加強(qiáng)研究開發(fā)自動(dòng)化程度和工藝水平高的動(dòng)力電池關(guān)鍵設(shè)備，提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　(

97、二)實(shí)施產(chǎn)業(yè)化培育</p><p>　　1、研究車用動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)在投資規(guī)模、研發(fā)能力、生產(chǎn)能力、一致性保證能力等方面應(yīng)具備的條件，制定動(dòng)力電池企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入制度，對(duì)動(dòng)力電池企業(yè)及產(chǎn)品實(shí)施準(zhǔn)入管理。</p><p>　　2、對(duì)動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及關(guān)鍵材料生產(chǎn)企業(yè)，以低息貸款等方式在研發(fā)及生產(chǎn)上給予重點(diǎn)扶持和支持，使其能夠享受國家有關(guān)高新技術(shù)企業(yè)所得稅稅收優(yōu)惠政策;支持其在境內(nèi)外上市、發(fā)債

98、融資;鼓勵(lì)金融機(jī)構(gòu)加大信貸支持，發(fā)揮多層次資本市場融資功能，引導(dǎo)鼓勵(lì)社會(huì)資金以多種方式投資。</p><p>　　3、提升對(duì)外開放層次和水平，提高動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及關(guān)鍵材料領(lǐng)域國際合作水平。</p><p>　　4、加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的支撐力度。從國際電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢著眼，結(jié)合有利于電動(dòng)汽車運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要，建立以快、慢充電為主的能源補(bǔ)充方式將無可非議的成為主流，而在

99、起步階段出現(xiàn)的換電模式，只能限定在特定范圍和特定安全可控的條件下。</p><p>　　(三)完善關(guān)鍵零部件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　鑒于動(dòng)力電池產(chǎn)品及材料領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)缺失、不完善的狀況，組織開展動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)化、系列化研究，明確在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安全性設(shè)計(jì)方面的要求;促進(jìn)電池材料、動(dòng)力電池企業(yè)與整車企業(yè)的協(xié)調(diào)，共同研究制定動(dòng)力電池及關(guān)鍵材料標(biāo)準(zhǔn)和測試評(píng)價(jià)方法。</p><p&

100、gt;　　(四)改善產(chǎn)業(yè)鏈薄弱環(huán)節(jié)，采取針對(duì)性措施</p><p>　　完善財(cái)稅支持政策體系，營造有利于電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的良好環(huán)境等。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 黃靖雄．現(xiàn)代汽車新配置實(shí)務(wù) [M]．人民交通出版社，2005.</p><p>　　[2] 陳新亞. 汽車構(gòu)造透

101、視圖典[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2012.</p><p>　　[3] 黃忠霖．控制系統(tǒng)MATLAB計(jì)算及仿真(第3版) [M]．國防工業(yè)出版社</p><p>　　[4] 王正林，王勝開，陳國順．MATLAB/SIMULINK與控制系統(tǒng)仿真[M]．北京：</p><p>　　電子工業(yè)出版社，2005. </p><p>　　[5]

102、李宜達(dá)．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M]．清華大學(xué)出版社</p><p>　　[6] 陳家瑞等.汽車構(gòu)造（下冊(cè)）[M]. 人民交通出版社，2008.</p><p>　　[7] 數(shù)字化手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)軟件版.化學(xué)工業(yè)出版社.2008.</p><p>　　[8] 張寶生，李杰，林明芳. 汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法 [M].機(jī)械工業(yè)出版社.2000.9</p>

103、<p>　　[9] 詹樟松，楊正軍，劉興春.  汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能仿真系統(tǒng)[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2005</p><p>　　[10] 胡壽松.自動(dòng)控制原理[M]. 科學(xué)出版社.2013</p><p>　　[11] 凌躍勝，黃文美，宋桂英　編著.電機(jī)理論基礎(chǔ)[M]. 中國電力出版社.2009</p><p>　　[12] 周淵

104、深　編著. 交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真[M]. 中國電力出版社.2007</p><p>　　[13] 薛承基 (Seung-Ki Sul) , 張永昌 , 李正熙 . 電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)控制[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社.2007</p><p>　　[14] 張承慧 , 崔納新 , 李珂 編著

105、. 交流電機(jī)變頻調(diào)速及其應(yīng)用 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社.2008</p><p>　　[15] 朱景偉.編著. 交流電機(jī)變頻調(diào)速原理 [M]. 大連海事大學(xué)出版社.2014</p><p>　　[16] 陳中編著. 基于MATLAB的電力電子技術(shù)和交直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 [M]. 清華大學(xué)出版社.2014 </p><p>　　[17] 肖啟瑞等編著. 車輛工程仿真與分

106、析—基于MATLAB的實(shí)現(xiàn) [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社.2012</p><p>　　[18] 辜承林等編著.電機(jī)學(xué) [M]. 華中科技大學(xué)出版社.2010</p><p>　　[19] 趙立軍等編著. 電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與原理[M]. 北京大學(xué)出版社.2012</p><p>　　[20] 崔勝民編著. 新能源汽車技術(shù)[M]. 北京大學(xué)出版社.2009</p>

107、<p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次論文研究給予我最大幫助的是我的指導(dǎo)老師鄧?yán)娎蠋?，他?duì)我所選的課題指明了方向，并作了很深入的分析與指導(dǎo)，對(duì)其中關(guān)鍵技術(shù)的引用做出了一定的說明，為了使我能順利的寫出論文，鄧?yán)蠋熯€借了一本關(guān)于車輛工程MATLAB仿真的書給我，這本書在我論文中的電機(jī)仿真這一塊發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，鄧?yán)蠋煂?duì)我的幾次指導(dǎo)都使我在在學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問

108、題得到了及時(shí)的解決，所以我希望通過這次論文的出色完成來回報(bào)鄧?yán)蠋煂?duì)我們悉心的指導(dǎo)。</p><p>　　還有就是我要感謝武漢瑞萊實(shí)驗(yàn)室的前同事們，是他們指導(dǎo)了我軟件的安裝和使用，還有要感謝哈金森汽車橡膠制品有限公司的董工在工作之余對(duì)我的照顧和學(xué)業(yè)上的指導(dǎo)。</p><p>　　總之，本次設(shè)計(jì)在廣大老師、同學(xué)、同事的幫助下順利的完成，使我知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)都得到了一個(gè)突破性的提高，在此對(duì)他們的幫助深

109、表感謝。</p><p>　　另外，由于本文作者的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限，文中難免存在著錯(cuò)誤和不足，敬請(qǐng)各位專家和老師批評(píng)指正，本人不勝的激。</p><p>　　幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活，對(duì)我的設(shè)計(jì)水平有極大提升，尤其是利用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)件資源為設(shè)計(jì)節(jié)約時(shí)間。同時(shí)也使我深深的認(rèn)識(shí)到了自己的不足，看到了自己薄弱的一面，也使我懂得了許多，明白了許多。這些都將激勵(lì)著我以后的生活和工作。 </p>