直流电动机建模及仿真实验Word文档格式.docx

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软件工具：

MATLAB及simulink。

3实验原理

原理框图：

直流电机电枢回路的电路方程是：

其中，

a是加到电机两端的电压，

是电机反电势，

是电枢电流,

a是电枢回路总电阻,

是电枢回路总电感,

称为电枢回路电磁时间常数。

并且反电动势

与电机角速度

成正比：

其中ke称为反电势系数,

为电机轴的转角。

对于电机而言,其转动轴上的力矩方程为：

其中km是电机的力矩系数,

是负载力矩,

是电机电枢的转动惯量。

进行拉式变换得到：

由此方程组可以得到相应的电动机数学模型的结构框图：

图4.1直流电动机数学模型结构框图

实验要求：

（1）根据电机的工作原理（电压平衡方程、力

表1电机参数表

参数

电机A

电机B

备注

电枢电阻Ra

4.80Ω

13.5Ω

电枢电感La

21mH

21.5mH

力矩系数km

46.32N.m/A

0.27N.m/A

反电势系数ke

55.3V/（rad/s）

0.42V/（rad/s）

电机转动惯量J

0.5Kg.m2

0.0005Kg.m2

电枢部分

4实验步骤

（1）根据图4.1可求得传递函数

假定干扰为0，可求得输入输出传递函数

带入数据可求得

在后边建模模型的时候可以将其取0

带入A电机数据求得

带入B电机数据可求得

用matlab的bode指令可以得到两电机的频率响应

A电机的频率响应图

B电机的频率响应图

（2）在simulink中搭建系统的框图如下

A电机系统simulink仿真图

可求得

表2电机A调速特性表

序号

电压（V）

转速（rad/s）

（空载）

（负载力矩Mf=500Nm）

（负载力矩Mf=1000Nm）

1

-0.9370

-1.8739

2

10

0.1808

-0.7561

-1.6931

3

30

0.5425

-0.3945

-1.3314

4

60

1.0850

0.1480

-0.7889

5

90

1.6275

0.6905

-0.2464

6

120

2.1700

1.2330

0.2961

7

150

2.7125

1.7755

0.8386

8

180

3.2550

2.3180

1.3811

9

200

3.6166

2.6797

1.7427

220

3.9783

3.0413

2.1044

同理可得到B电机的调速特性

表3电机B调速特性表

空载

4.7619

11.9048

16.6667

23.8095

12

28.5714

15

35.7143

18

42.8571

22

52.3810

24

57.1429

（3）对于电机B测得固定电压，改变负载得到如下数据（转速表）

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

-11.9048

-23.8095

-35.7143

-47.6190

-59.5238

0.0000

-11.9047

20

47.6190

将其画到图标中可得电机B的机械特性图

用同样的方法和原理可以求得大电机A的机械特性，测得数据表如下。

0.8

1.2

1.6

-23.8

-47.6

-95.2

-142.9

-190.5

100

238.1

214.3

190.5

142.9

95.2

47.6

357.2

333.4

309.5

261.9

166.7

可得其机械特性图如下

（4）根据阶跃响应求出电机的时间常数

a.同理对于电机A，其阶跃响应图像如下图

由图可见，阶跃响应波动较大，其电磁时间常数

很小，将其忽略，求得时间常数

。

b.对于电机B，其阶跃响应图像如下图

由于电机的电磁时间常数

可以忽略，所以可以将该系统看做一个一阶环节。

所以取稳态值的0.632对应的t作为时间常数，通过matlab易求得

6实验结果及分析

本次实验结果都比较符合电机的基本特性，其中A电机对应的是大电机，而B电机对应的较小的电机。

本次实验结果较好地体现了两者的特性。

通过本次实验，了解直流电动机的工作原理；

直流电动机的技术指标；

掌握了直流电动机的建模及分析方法；

学习了计算直流电动机频率特性及时域响应的方法。

受益匪浅。