【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一種科學(xué)工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析算法開(kāi)發(fā)的忌辰開(kāi)發(fā)環(huán)境。 MATLAB7 針對(duì)編程環(huán)境、代碼效率、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)學(xué)計(jì)算、文件 I/O 等方面進(jìn)行了升級(jí)，概括起來(lái)有以下幾個(gè)方面。 （ 1） 窗體 ： 重新設(shè)計(jì)的桌面環(huán)境，針對(duì)多文檔界面應(yīng)用提供了簡(jiǎn)便的管理和訪問(wèn)方法；增強(qiáng) 數(shù)組編輯器和工作空間瀏覽器的功能；增強(qiáng)了 M 文件編輯器，支持多格式源代碼分析。 （ 2） 編程：支 持創(chuàng)建嵌套函數(shù)和匿名函數(shù)功能，同時(shí)增強(qiáng)了模塊化注釋的功能。 （ 3） 數(shù)學(xué)：支持整數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和單精度數(shù)學(xué)類(lèi)型運(yùn)算。 （ 4） 圖形：新的圖形窗體界面和圖形窗體注釋?zhuān)瑫r(shí)使用了數(shù)據(jù)偵測(cè)工具，提供了豐富的數(shù)據(jù)觀測(cè)手段。 （ 5） 接口：新增文件 I/O 函數(shù)，使得具有壓縮功能的 MAT 文件格式具備了支持快速數(shù)據(jù)文件 I/O 的能力；支持 COM、 VBS、 SOAP、 FTP 和 Unicode編碼格式。 許多工具箱都得到了升級(jí)的同時(shí)，在 Release 14 中添加了學(xué)多新特性。 Simulink 概述 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。 Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) Simulink他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 X 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于 Simulink。 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink 提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口 （ GUI） ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、 直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 簡(jiǎn)述 Simulink 和 MATLAB 集成 SimPowerSystem 與 Simulink 和 MATLAB 是無(wú) 縫 結(jié)合在一起的。仿真仍 可使用 Simulink 強(qiáng)大的變步長(zhǎng)積分器 ， 其中有一些專(zhuān)為剛性系統(tǒng)求解而設(shè)計(jì) 來(lái)精確的計(jì)算電氣系統(tǒng)模型。另外， Simulink 的零點(diǎn)穿越檢測(cè)功能，能以機(jī)器數(shù)據(jù)精度水平計(jì)算檢測(cè)并求解不連續(xù)過(guò)程。 MATLAB 及其工具箱所提供的功能同樣可以用來(lái)分析仿真結(jié)果，將其可視化，并進(jìn)一步 作 整個(gè)完整系統(tǒng)的建摸， 仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)。 使用 SimPowerSystem 提供的 Powergui 模塊，用戶可以修改模型的初始狀態(tài)，從任何起始條件開(kāi)始仿真分析。 Powergui 交互式工具模塊提供的工具可以 達(dá)到這樣的效果： （ 1） 顯示穩(wěn)態(tài)電壓和電流 。 （ 2） 顯示并修改初始狀態(tài)量 。 （ 3） 計(jì)算潮流和初始化機(jī)電摸塊 。 （ 4） 當(dāng)模型中存在電抗測(cè)量模塊時(shí)可顯示電抗相對(duì)頻率的變化。 （ 5） 可使用控制系統(tǒng)工具箱的 LTI Viewer 工具，進(jìn)行系統(tǒng)的時(shí)域、頻域 響應(yīng)分析 。 （ 6） 生成穩(wěn)態(tài)計(jì)算分析報(bào)告 。 仿真和分析 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XI 4 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)工作特性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性。 掌握測(cè)定他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在不受載荷時(shí)能量損耗的方法 。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性測(cè)定 電機(jī)的效率特性測(cè)定 電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性測(cè)定 電機(jī)在空載時(shí)損耗的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的原理 當(dāng)兩端電壓 U 和 UN 相等且二者均為 常數(shù)，還有電樞回路里不串聯(lián)接入額外的附加電阻，以及勵(lì)磁電流 If 和 IfN 相等且為常數(shù) 時(shí)，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度 n， 電磁轉(zhuǎn)矩 T 以及機(jī)械效率 h 與輸出功率 P2的關(guān)系即為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性。即 n、 T、 h=f（ P2）。在實(shí)際運(yùn)行中，由于電樞電流 Ia較易測(cè)得，而Ia隨著 P2的增加而增大，故直流電動(dòng)機(jī)的工作特性也可表示為 n、 T、 h=f（ Ia）。直流電動(dòng)機(jī)的工作特性分別稱(chēng)為速度特性、轉(zhuǎn)矩特性和效率特性。 速度特性是指電壓 U=UN =常數(shù)、勵(lì)磁電流 If=IfN =常數(shù)時(shí)， n=f（ P2）的關(guān)系曲線。從直流電動(dòng)機(jī)速度特性表達(dá)式 可見(jiàn)，在 U 和 If均為常數(shù)的條件下，當(dāng)電樞電流 Ia增加時(shí)， IaRa使 n趨于下降，而去磁的電樞反應(yīng)則使轉(zhuǎn)速趨于上升，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化很小。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有略為下降的速度特性。 轉(zhuǎn)矩特性是指電壓 U=UN =常數(shù)、勵(lì)磁電流 If=IfN =常數(shù)時(shí)， T=f（ P2）的關(guān)系曲線。由轉(zhuǎn)矩特性表達(dá)式 可見(jiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為常數(shù)時(shí)， T=f（ P2）是一條 直線。但實(shí)際上 P2增大時(shí)，轉(zhuǎn)速略有下降，故 T=f（ P2）將略為向上彎曲。 效率特性是指電壓 U=UN=常數(shù)、勵(lì)磁電流 If =IfN =常數(shù)時(shí)， h=f（ P2）的關(guān)系曲線。求取效率特性時(shí)，需測(cè)量電動(dòng)機(jī)的冷態(tài)電樞電阻、周?chē)橘|(zhì)溫度以及電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XII 的空載損耗。為了測(cè)取空載損耗，則需拆開(kāi)聯(lián)軸器，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓 UN 、額定勵(lì)磁電流 IfN情況下單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)，讀取直流電動(dòng)機(jī)的空載電流和轉(zhuǎn)速。 電動(dòng)機(jī)的效率 式中： P1—— 電動(dòng)機(jī)輸入功率。 P2—— 電動(dòng)機(jī)輸出功率?？筛鶕?jù)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)速和電樞電流，從其校正曲線上查出。 電動(dòng)機(jī)的空載損耗 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 實(shí)驗(yàn)設(shè)備如表 41 所示。 表 41 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 序號(hào) 型 號(hào) 名 稱(chēng) 數(shù) 量 1 MET01 電源控制屏 1 臺(tái) 2 DD03 不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、測(cè)速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 1 件 3 DJ23 校正直流測(cè)功機(jī) 1 臺(tái) 4 DJ13 直流并勵(lì)發(fā)電機(jī) 1 臺(tái) 5 D51 波形測(cè)試及開(kāi)關(guān)板 1 件 實(shí)驗(yàn)方法 觀察自勵(lì)過(guò)程 1） 先切斷電樞電源，然后斷開(kāi)勵(lì)磁電源使電機(jī) MG 停機(jī)，同時(shí)將啟動(dòng)電阻調(diào)回最大值，磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻調(diào)到最小值為下次啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。在斷電的條件下將發(fā)電機(jī) G 的勵(lì)磁方式從他勵(lì)改為并勵(lì)，接線如圖 24 所示。 2fR 選用 3R 的 900Ω電阻兩只相串聯(lián)并調(diào)至最大阻值，打開(kāi)開(kāi)關(guān) S。 2） 先接通勵(lì)磁電源，然后啟動(dòng)電樞電源，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 Nnn? ，用直流電壓表測(cè)量發(fā)電機(jī)是否有剩磁電壓，若無(wú)剩他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XIII 磁電壓，可將并勵(lì)繞組改接成他勵(lì)方式進(jìn)行充磁。 3） 合上開(kāi)關(guān) S 逐漸減小 2fR ，觀察發(fā)電機(jī)電樞兩端的電壓，若電壓逐漸上升，說(shuō)明滿足自勵(lì)條件。如果不能自勵(lì)建立電壓，將勵(lì)磁回路的兩個(gè)插頭對(duì)調(diào)即可 ［ 6］ 。 4） 對(duì)應(yīng)著一定的勵(lì)磁電阻，逐步降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)電壓隨之下降，直至電壓不能建立，此時(shí)的轉(zhuǎn)速即為臨界轉(zhuǎn)速。 測(cè)外特性 圖 41 直流并勵(lì)發(fā)電機(jī)接線圖 1） 按圖 41 接線。調(diào)節(jié)負(fù)載電阻 2R 到最大 ,合上負(fù)載開(kāi)關(guān) S 。 2） 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻 1fR 、發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻 2fR 和負(fù)載電阻 2R ，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、輸出電壓和電流三者均達(dá)額定值，即 Nnn? ， nUU? ，Nl II ? 。記錄此時(shí)的勵(lì)磁電流 fI 值，即為額定勵(lì)磁電流 NfI 。 3） 保持額定值時(shí)的 2fR 阻值及 Nnn? 不變，逐次減小負(fù)載，直 至 lI =0，從額定到空載運(yùn)行范圍內(nèi)每次測(cè)取發(fā)電機(jī)的電壓 U 和電流 lI 。 4） 共得出數(shù)據(jù)如表 42 所示。 表 42 min/1600 rnn N ?? 2fR =常值 U （ V） 200 215 228 238 246 253 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XIV lI （ A） 0 注意事項(xiàng) 直流電動(dòng)機(jī) MG 起動(dòng)時(shí)，一定要注意須將 1R 調(diào)到最大， 1fR 調(diào)到最小，先接通勵(lì)磁電源，觀察到勵(lì)磁電流 1fI 為最大后，然后再接通電樞電源，使 MG起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。起動(dòng)完畢，應(yīng)將 1R 調(diào)到最小。 做外特性時(shí)，當(dāng)電流超過(guò) 時(shí) ,要將 2R 中串聯(lián)的電阻調(diào)至零并用導(dǎo)線短接 ,以免電流過(guò)大引起變阻器損壞。 觀察自勵(lì)過(guò)程。 測(cè)外特性 保持 Nnn? 使 2fR =常數(shù)，測(cè)取 )( lIfU? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 由驗(yàn)數(shù)據(jù)作出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性曲線，如圖 43 所示。 圖 43 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性曲線 由圖 43可以看出，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的外特性曲線是一條隨電流的增加快速下垂的曲線，即有載時(shí)的端電壓比空載時(shí)的端電壓低 ，這是由以下原因引起的：第一，負(fù)載增加時(shí)，電樞回路電阻壓降 aaRI 增加，由式 aaa RIEU ?? ， U 隨著 aI的增加要降低；第二，電樞反應(yīng)的去磁作用，使氣隙磁通量 ? 減少，電樞繞組電動(dòng)勢(shì) aE 隨之減小，引起 U 下降。第三，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì) 磁繞組是跨接在電樞兩端的，由于發(fā)電機(jī)輸出端電壓下降，造成勵(lì)磁電流的減小，磁通的減小，電他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XV 樞電動(dòng)勢(shì)降低，又導(dǎo)致端電壓進(jìn)一步下降，所以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性曲線下垂的更多更快。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XVI 5 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)工作特性仿真 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)自激的仿真 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的自勵(lì)過(guò)程 一般電機(jī)的主磁極鐵心中有剩磁存在。當(dāng)電機(jī)空載，并由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中馬上就會(huì)感應(yīng)出一個(gè)微小的電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)作用于勵(lì)磁回路就會(huì)產(chǎn)生微弱的勵(lì)磁電流。如勵(lì)磁繞組和電樞兩端的鏈接與電樞旋轉(zhuǎn)方向配 合適當(dāng)，是勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁勢(shì)方向和生剩磁方向一致，氣隙磁通就會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，電樞電壓隨之逐步建立起來(lái) ［ 7］ 。由此看出，并勵(lì)發(fā)電機(jī)是一個(gè)電壓直接反饋系統(tǒng)，它的自勵(lì)建壓過(guò)程是一種反饋?zhàn)饔谩＜劝演敵隽浚ㄊ４烹妷海┗仞伒捷斎攵耍▌?lì)磁繞組），產(chǎn)生勵(lì)磁電流，以加強(qiáng)系統(tǒng)的輸入量（氣息磁場(chǎng)），使發(fā)電機(jī)依靠剩磁自勵(lì)建立的電壓逐步升高起來(lái)。但這個(gè)依靠自勵(lì)建起的電壓能否達(dá)到所需的穩(wěn)定值，還需對(duì)自勵(lì)過(guò)程做進(jìn)一步分析。 圖 51 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的自勵(lì) 1—— 空載曲線； 2—— 勵(lì)磁電阻線； 3—— 臨界電阻線 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XVII 圖 52 臨界電阻與轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系 直流電機(jī)的空載電壓 0U 與勵(lì)磁電流 fI 首先必須滿足圖 51 所示的空載曲線)(0 fIfU ? 。 另外，勵(lì)磁回路電壓方程為式 （ 51） ,即 aaRIU ?0 （ 51） 式 （ 51） 中， fR 是勵(lì)磁回來(lái)總電阻。 方程 （ 51） 是勵(lì)磁回路電阻線，如圖中曲線 2 所示，它的斜率為 ff RIu ?? /tan 0? 。所以，空載電壓 0U 與勵(lì)磁電流 fI 必須同時(shí)滿足空載曲線和勵(lì)磁電阻線，其交點(diǎn)就是并勵(lì)發(fā)電機(jī)空載電壓的穩(wěn)定工作點(diǎn)。 在建立電樞電壓的過(guò)程中，勵(lì)磁電流 fI 一直在上升，此勵(lì)磁回路的電壓平衡方程為式 （ 52） ，即 fff LIRU ??0 （ 52） 式 （ 52） 中 fL 是勵(lì)磁繞組的電感。 由圖 51 可見(jiàn)，電壓 0U 和電阻壓降 fi fR 之差，就是勵(lì)磁繞組的自感電壓 Lf 。當(dāng) ff Riu ?0 時(shí)， 0?dtdiL ff，勵(lì)磁電流 及電樞感應(yīng)電勢(shì)不斷上升，電樞端電壓不斷增高；當(dāng) 00 URIu f ?? 時(shí) 0?dtdiL ff，如圖中曲線 1 和直線 2 的 交點(diǎn) A 此時(shí)勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的勵(lì)磁電壓正好與勵(lì)磁回路中的電阻壓降相平衡，勵(lì)磁電流不再增大，發(fā)電機(jī)的電壓穩(wěn)定于土中 A 點(diǎn)，這時(shí)發(fā)電機(jī)已經(jīng)建立起正常電壓。 由圖 51 可見(jiàn)，當(dāng)增加勵(lì)磁回路中的電阻 fR 時(shí)，可以使回路的總電阻 fR 變大，即增加電阻的斜率，則交點(diǎn) A 將沿著空載特性曲線 向原點(diǎn)移動(dòng)，空載電壓逐步下降，當(dāng)電阻線與空載特性曲線的直線部分重合時(shí)，便沒(méi)有固定的交點(diǎn)，空載電壓不穩(wěn)定，如圖中的直線 3，此種狀態(tài)稱(chēng)為臨界狀態(tài)，丟贏得勵(lì)磁電阻稱(chēng)為臨他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XVIII 界電阻（臨界場(chǎng)阻）。由于對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)有不同的空載特性，因而也有不同的臨界電阻。圖 52 中 1fR 未對(duì)應(yīng)于