直流电动机建模及仿真实验

1直流电动机建模及仿真实验 实验目的

（1）了解直流电动机的工作原理； （2）了解直流电动机的技术指标； （3）掌握直流电动机的建模及分析方法；

（4）学习计算直流电动机频率特性及时域响应的方法。 实验设备

（1）工作机：ADM Athlon(tm) II X2 245，，内存，250GB硬盘； （2）工具软件：操作系统：Windows XP；软件工具： 实验原理及实验要求 1.3.1实验原理

直流电机电枢回路的电路方程是：

ua?E?iRa?Ladi dt其中，ua是加到电机两端的电压；

E是电机反电势；

i是电枢电流；

Ra是电枢回路总电阻； La是电枢回路总电感；

La称为电枢回路电磁时间常数。 RaTl?并且反电动势E与电机角速度?m成正比：

E?ke?m?ke?m

其中，ke称为反电势系数；

?m为电机轴的转角。

对于电机而言,其转动轴上的力矩方程为：

kmi?Ml?Jm?m?Jm?m

其中，km是电机的力矩系数；

Ml是负载力矩；

Jm是电机电枢的转动惯量。

对式（）、（）、（）进行拉氏变换得到：

?Ua(s)?E(s)?Ra(I(s)?TlI(s)s)? ?E(s)?ke?m(s)??kmI(s)?Ml?Jm?m(s)s由此方程组可以得到相应的电动机数学模型的结构框图：

-UaMl+-E1/RaTls?1Ikm+J1m??ms1s?mke图直流电动机数学模型结构框图

1.3.2实验要求

（1）根据电机的工作原理（电压平衡方程、力矩平衡方程）建立

从电枢电压ua到转速?m的传递函数模型，并根据表所给电机参数求其频率特性。表共给出了两个电机的参数，其中A为大功率电机，B为小电机。

（2）编制MATLAB或Simulink程序求电机的调速特性，即不同负

载力矩情况下电压和转速之间的关系，将数据填入表2和表3。

（3）编制MATLAB或Simulink程序求电机的机械特性，即不同电

压情况下负载力矩和转速之间的关系。

（4）编制MATLAB或Simulink程序求电机转速的阶跃响应，并根

据阶跃响应求出其机电时间常数。

表 电机参数表

参数 电机A 电机B 备注 电枢电阻Ra Ω Ω 电枢电感La 21mH 力矩系数km A 反电势系数ke (rad/s) V/(rad/s) 电机转动惯量J 0.5Kg.m2 0.0005 Kg.m2 电枢部分 实验内容及步骤

1.4.1求电动机的传递函数模型和频率特性

根据电动机数学模型的结构框图，可得从电枢电压ua到转速?m的传递函数：