横向磁场永磁电机系统建模与仿真

微特电机 2006年第4期

T 理论研究h e o r y R e s e a r c h

横向磁场永磁电机系统建模与仿真

5　

收稿日期:2006-03-10

横向磁场永磁电机系统建模与仿真

王建宽,施进浩,江建中

(上海大学,上海200072)

Model and Si m ulati on of Transverse Flux Per manent -magnetMachines and Contr ol syste m

WAN G J ian -kuan,SH I J in -hao,J I AN G J ian -zhong

(Shanghai University,Shanghai 200072,China )

摘　要:根据横向磁场永磁电机的数学模型,利用MAT 2

LAB /Si m ulink 软件平台及Si m PowerSyste m s 工具箱丰富的模

块库,建立了横向磁场永磁电机控制系统的仿真模型,仿真和实验结果的一致,验证了仿真模型的正确性。

关键词:横向磁场永磁电机;系统建模;仿真;滞环电流控制

中图分类号:T M34 文献标识码:A 文章编号:1004-7018(2006)04-0005-03

Abstract:Based on the mathe matic mode of

transverse flux per manent -magnet machines (TFP M ),the model of TFP M and contr ol syste m are established by the MAT LAB /Si m ulink and bl ocks library of the Si m PowerSyste m s t oolbox .The match of the results bet w een the si m ulati on and the experi m ent verify this si m ulati on model .

Keywords:TFP M;system model;si m ulati on;hysteresis -band current contr ol

1引　言

横向磁场永磁电机(以下简称TFP M )是由德国

H.W eh 教授在1988年提出的一种新型自控式永磁无刷电机调速系统[1]

,它具有低速特性好、转矩密

度大等特点[4]

,正日益得到广泛的重视。作为一种新型逆变器供电的永磁无刷电机系统,控制系统设计的好坏对TFP M 电机特性的影响较大。数字仿真是深入研究控制系统的重要手段,通过对电机及其驱动系统进行仿真研究,可有效缩短整个系统的设计周期。

本文首先从横向磁场永磁电机数学模型入手,利用MAT LAB /Si m ulink 软件平台建立了TFP M 及其驱动系统的仿真模型,对实际运行状况进行了仿真研究,并通过实验验证了系统仿真模型的正确性。

2电机的数学模型

本文研究的TFP M 为两相结构,空间互差90°电角度。因横向磁场电机各相独立,各相之间不存在电磁关系的耦合,两相TFP M 的电压方程为:

u A u B

=

R A 0

R B

+

L A 0

L B

d d t i A

i B

+

e A e B

(1)

式中:u A 、u B 为相电压,i A 、i B 为相电流,R A 、R B 为相电阻,L A 、L B 为相电感,e A 、e B 为相反电动势。

电机的输入功率为:

P =u A i A +u B i B

=R A i 2

A +L A i A

d i A d t +

e A i A +R B i 2

B +L B i B d i B d t

+e B i B (2)

式中:R A i 2A +R B i 2

B -绕组损耗;

L A i A

d i A d t +L B i B d i B d t

-绕组无功储能的变化。因此电磁功率方程可表示为:P em =e A i A +e B i B

(3)

电磁转矩方程为:

T em =

P em

ω

=

e A i A +e B i B

ω

(4)

式中:ω-转子角速度。

电机的运动方程:

J d ωd t =T m -T L -R ωω(5)

式中:J -转动惯量;

R ω-阻力系数;T L -负载转矩。

3横向磁场永磁电机及控制系统仿真模型

在MAT LAB /Si m ulink 软件平台上,利用Si m 2PowerSyste m s 工具箱中丰富的模块库,在分析了TF 2P M 的数学模型的基础上,并参照文献[5]中TFP M

控制系统的工作方式,建立了TFP M 调速系统的仿

真模型,其系统框图如图1所示。

系统仿真模型采用双闭环控制方案:转速环由P I 调节器构成,电流环为电流滞环调节器。仿真模

型采用模块化结构形式,它主要包括TFP M 本体模块、逆变器模块、P WM 发生器模块、滞环调节器模块和位置检测模块等。各模块功能与结构简述如下。

T 理论研究h e o r

y R e s e a r c h

微特电机

2006年第4期

横向磁场永磁电机系统B Z 〗建模与仿真

6

　图1　系统仿真模型

3.1TFP M 仿真模型

在整个系统模型中,TFP M 仿真模型是最重要

的一部分,如图2所示。该模型根据电压方程求取

图2　TFP M 仿真模型

电机的相电流,由式(1)可知,要求取电机的相电流需知道电机的反电势。在TFP M 仿真模型中,反电势模块用于产生电机不同转速下的反电势。

本文采用转速120r/m in 时电机反电动势的实测数据

(如图3所示,纵坐标表示50V /格,横坐标表示10m s/格),根据反电势和转速成正比的关系,由电机转速

图3　反电势波形

和转子位置信号经MAT LAB Functi on 模块中的插值

函数求得电机反电势的值,并根据反电势和相电流求得各相的电磁转矩。反电势模型如图4所示,总的电磁转矩为两相电磁转矩之和。电机的转子角速

图4　反电势模型

度和位置由电机的运动方程求得,

运动方程的仿真

模型如图2中虚线框内模型所示。

3.2逆变器模块

逆变器模块采用Si m PowerSyste m s 工具箱提供H 型逆变桥模块,开关器件采用自带反并联二极管的I G BT,该模块的实际电路如图5所示。逆变器模块实现的是逆变器功能,输入为位置信号和电流滞环控制模块给出逆变控制信号,输出为电机的相电压。

图5　H 型变换桥

3.3位置检测模块

系统中,I G BT 的导通和关断是由转子的位置信号决定的。理想情况下,电流正负导通180°时产生的电磁转矩最大,但考虑到电流换向的影响,实际导通角度小于180°,因此每相需要两路位置信号,一路位置信号与该相反电势同相位,一路位置信号滞后反电势一定的角度α,两路位置信号合成决定电流的换向时刻。两相4路霍尔位置信号的相位关系如图6所示。在系统仿真模型中,位置检测模块完成上述霍尔位置信号检测的功能,其模型框图如图7所示。它的输入信号为TFP M 模型产生的转子位置角信号,输出为如图6所示的四路霍尔位置信号。

图6　位置信号

图7　位置信号检测模型

3.4滞环调节器模块

滞环调节器模块的作用是实现电流的滞环控

制,该模块的输入为电流的参考值和电流的实际值,

微特电机 2006年第4期

T 理

论研究h e o r y R e s e a r c h

横向磁场永磁电机系统建模与仿真

7

　输出信号与位置检测信号共同产生逆变器的输入控制信号。模块结构框图如图8所示。其功能为:当实际电流低于参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时,对应逆变器功率开关导通,电流增加;当实际电流超过参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时,对应逆变器功率开关关断,电枢电流减小。

图8　滞环调节器模块

3.5P WM 发生器模块

在本文中,H 型逆变器采用单极P WM 控制方

式。逆变器的工作过程如下:当电枢电流正向导通时,Q 1导通,Q 2、Q 3关断,Q 4进行P WM 控制。当电枢电流与给定电流的差值小于滞环的下限时,Q 4打开,电流上升;当电枢电流与给定电流的差值大于滞环的上限时,Q 4关断,电流由D 3续流,电流下降。同理,当电流负向导通时Q 3导通,Q 1、Q 4关闭,对Q 2进行电流滞环的P WM 控制。通过对Q 2、Q 4进行P WM 控制使电枢电流在一定范围内跟踪指令电流的变化。P WM 发生器模块根据位置信号判断电机所处的运行状态,并结合滞环调节器的输出信号产生逆变器各I G BT 的控制信号。产生逆变器控制信号的模型如图9所示。

图9　P WM 发生器模块

4仿真结果与试验结果

仿真模型采用的横向磁场永磁电机的参数为:相电阻R =0.064Ω,定子自感L m =16.2mH,极对数p =15,转动惯量J =0.13kg ?m 2

,直流侧电压

V dc =150V 。考虑到电流换向及电机输出转矩,逆

变器采用电流正、负导通150°的工作方式,每相的

两个位置信号在空间间隔α=30°电角度。仿真及实验波形如图10、11所示。从电流波形可以看出,仿真与实验结果是一致的,说明仿真模型是正确的。

5结　语

本文在分析了TFP M 数学模型的基础上,通过MAT LAB /Si m ulink 软件平台,并利用Si m PowerSys 2tem s 工具箱丰富的模块库,建立了TFP M 调速控制

系统的仿真模型,对该调速系统进行了仿真及实验研究。仿真与实验结果是相符的,验证了仿真模型的正确性。采用该仿真模型,可以十分方便地实现和验证TFP M 不同的控制方式,改换或改进控制方法也十分简单,只需对部分功能模块进行替换或修改,这大大缩短了整个系统设计的周期,因此,为设计和分析TFP M 控制系统提供了有效的工具和手段。参考文献

[1]　weh H.Transversal Fl ow Machine in Accumulat or A rrange ment

[P ].美国专利:5051641,1991-12

[2]　Tae -yun L i m ,Do -Hyun Kang,Jong -Moo Ki m .A Study on

Contr ol of D rive f orV ibrat orU sing P M -type Transverse FluxL in 2ear mot or[C ].I EEE Power Conversi on Conf .,2002:43～47[3]　纪志成,沈艳霞,姜建国.基于Matlab 无刷直流电机系统仿真

建模的新方法[J ].系统仿真学报,2003,15:1745～1749

[4]　李永斌,袁琼,江建中.一种新型聚磁式横向磁场永磁电机研

究[J ].电工技术学报,2003,(5):46～49

[5]　王建宽,施进浩,江建中.横向磁场永磁电动机及其驱动系统

的研究[M ].微特电机,2005,(11):14～16

为进一步提高本刊的编辑质量,请您对此文在读者服务卡上圈上数字代码:

有价值,请圈1;没有价值,请圈2。

信号与系统仿真实验报告

信号与系统仿真实验报告1．实验目的 了解MATLAB的基本使用方法和编程技术，以及Simulink平台的建模与动态仿真方法，进一步加深对课程内容的理解。 2．实验项目 信号的分解与合成，观察Gibbs现象。 信号与系统的时域分析，即卷积分、卷积和的运算与仿真。 信号的频谱分析，观察信号的频谱波形。 系统函数的形式转换。 用Simulink平台对系统进行建模和动态仿真。 3．实验内容及结果 3.1以周期为T，脉冲宽度为2T1的周期性矩形脉冲为例研究Gibbs现象。 已知周期方波信号的相关参数为：x(t)=∑ak*exp(jkω),ω=2*π/T,a0=2*T1/T,ak=sin(kωT1)/kπ。画出x(t)的波形图（分别取m=1,3,7,19,79,T=4T1）,观察Gibbs现象。 m=1; T1=4; T=4*T1;k=-m:m; w0=2*pi/T; a0=2*T1/T; ak=sin(k*w0*T1)./(k*pi); ak(m+1)=a0; t=0:0.1:40; x=ak*exp(j*k'*w0*t); plot(t,real(x)); 3.2求卷积并画图 (1)已知：x1(t)=u(t-1)-u(t-2), x2(t)=u(t-2)-u(t-3)求：y(t)=x1(t)*x2(t)并画出其波形。 t1=1:0.01:2; f1=ones(size(t1)); f1(1)=0; f1(101)=0; t2=2:0.01:3; f2=ones(size(t2)); f2(1)=0; f2(101)=0; c=conv(f1,f2)/100;

t3=3:0.01:5; subplot(311); plot(t1,f1);axis([0 6 0 2]); subplot(312); plot(t2,f2);axis([0 6 0 2]); subplot(313); plot(t3,c);axis([0 6 0 2]); (2）已知某离散系统的输入和冲击响应分别为：x[n]=[1,4,3,5,1,2,3,5], h[n]=[4,2,4,0,4,2].求系 统的零状态响应，并绘制系统的响应图。 x=[1 4 3 5 1 2 3 5]; nx=-4:3; h=[4 2 4 0 4 2]; nh=-3:2; y=conv(x,h); ny1=nx(1)+nh(1); ny2=nx(length(nx))+nh(length(nh)); ny=[ny1:ny2]; subplot(311); stem(nx,x); axis([-5 4 0 6]); ylabel('输入') subplot(312); stem(nh,h); axis([-4 3 0 5]); ylabel('冲击效应') subplot(313); stem(ny,y); axis([-9 7 0 70]); ylabel('输出'); xlabel('n'); 3.3 求频谱并画图 (1) 门函数脉冲信号x1(t)=u(t+0.5)-u(t-0.5) N=128;T=1; t=linspace(-T,T,N); x=(t>=-0.5)-(t>=0.5); dt=t(2)-t(1); f=1/dt; X=fft(x); F=X(1:N/2+1); f=f*(0:N/2)/N; plot(f,F)

横向磁场永磁电机的发展和研究现状

横向磁场永磁电机的发展和研究现状 【摘要】横向磁场永磁电机因其高转矩密度和高效率的优点，吸引各国电机设计人员们对其结构设计、制造工艺、磁场分析及运行性能等方面展开了具体研究。在查阅现有的国内外相关文献资料的基础上，系统介绍了横向磁场永磁电机的主要拓扑结构的特点，分析了当前国内外横向磁场电机的主要研究方向，最后对其应用前景进行了展望。 【关键词】横向磁场；拓扑结构；自定位转矩；功率因数 1.引言 横向磁场永磁电机（Transverse Flux Permanent Magnet Machine，简称TFPM）是由德国著名电机专家H.Weh教授率先于1986年提出的一种新型电机结构，与传统电机相比，横向磁场电机具有以下特点[1][2]： （1）电机的每相都完全独立，因此相与相之间没有电磁耦合，可提高电机的容错能力。 （2）电机磁路呈三维分布，磁路与电路（线圈部分）处于不同平面，定子尺寸和线圈尺寸相互独立，从而使TFPM能够同时获得较大的定子齿横截面和线圈横截面，大大提高了电机的转矩密度，其输出大约是标准工业用异步电机的5~10倍。 （3）在保持转速、电机主要尺寸、气隙磁密等参数不变时，TFPM的功率与电机的极对数成正比，适用于低速、大转矩场合。 近几年来，随着电动车、电力直接推进装置和风力发电技术研究的深入，对高转矩密度、低速直接驱动电机的要求更为迫切，于是横向磁场永磁电机因其上述优点成为了新型电机的研究热点之一。许多欧美经济发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行横向磁场电机的理论和应用研究，丰富了横向磁场永磁电机的拓扑结构，促进了横向磁场电机的发展。本文较系统地介绍分析了当前横向磁场永磁电机的主要拓扑结构，阐述了当前国内外横向磁场电机的主要研究方向和方法，并对横向磁场电机存在的问题也做了简单介绍。 2.横向磁场电机的拓扑结构形式 按照永磁体的有无及安装方式来分，横向磁场电机拓扑结构可以分为四类：平板式、聚磁式、无源转子式和磁阻式[3]。 图1为德国亚琛的G.Henneberger教授设计的外转子平板式横向磁场永磁电机。这种结构中，永磁体被均匀地平铺于转子表面，相邻的永磁体被充磁成不同的极性，充磁方向一般为径向，U形定子铁心以两倍极距均匀分布在圆周上，其

系统建模与仿真

一、基本概念 1、数字正弦载波调制 在通信中不少信道不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓数字正弦载波调制。 2、数字正弦载波调制的分类。 在二进制时, 数字正弦载波调制可以分为振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）三种基本信号形式。如黑板所示。 2、高斯白噪声信道 二、实验原理 1、实验系统组成 2、实验系统结构框图

图 1 2FSK信号在高斯白噪声信道中传输模拟框图 各个模块介绍p12 3、仿真程序 x=0:15;% x表示信噪比 y=x;% y表示信号的误比特率，它的长度与x相同FrequencySeparation=24000;% BFSK调制的频率间隔等于24KHz BitRate=10000;% 信源产生信号的bit率等于10kbit/s SimulationTime=10;% 仿真时间设置为10秒SamplesPerSymbol=2;% BFSK调制信号每个符号的抽样数等于2 for i=1:length(x)% 循环执行仿真程序 SNR=x(i);% 信道的信噪比依次取中的元素 sim('project_1');% 运行仿真程序得到的误比特率保存在工作区变量BitErrorRate中 y(i)=mean(BitErrorRate); end hold off% 准备一个空白的图 semilogy(x,y);%绘制的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标 三、实验结论

图 4 2FSK信号误比特率与信噪比的关系曲线图 系统建模与仿真（二） ——BFSK在多径瑞利衰落信道中的传输性能 一、基本概念 多径瑞利衰落信道 二、实验原理 1、实验系统组成

系统建模与仿真习题2

系统建模与仿真习题二 1. 考虑如图所示的典型反馈控制系统框图 (1)假设各个子传递函数模型为 66.031.05 .02)(232++-+=s s s s s G ，s s s G c 610)(+=，2 1)(+=s s H 分别用feedback （）函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)（要最小实现）方法求该系统的传递函数模型。 (2) 假设系统的受控对象模型为s e s s s G 23 )1(12 )(-+=，控制器模型为 s s s G c 32)(+=，并假设系统是单位负反馈，分别用feedback （）函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)（要最小实现）方法能求出该系统的传递函数模型？如果不能，请近似该模型。 2. 假定系统为： )(0001)(111000100001024269)(t u t x t x ????? ???????+????????????----= [])(2110)(t x t y = 请检查该系统是否为最小实现，如果不是最小实现，请从传递函数的角度解释该模型为何不是最小实现，并求其最小实现。 3. 双输入双输出系统的状态方程：

)(20201000)()(20224264)(75.025.075.125 .1125.15.025.025.025.125.425.25.025.1525.2)(t x t y t u t x t x ??????=????? ???????+????????????------------= （1）试将该模型输入到MATLAB 空间，并求出该模型相应的传递函数矩阵。 （2）将该状态空间模型转化为零极点增益模型，确定该系统是否为最小实现模型。如果不是，请将该模型的传递函数实现最小实现。 （3）若选择采样周期为s T 1.0=，求出离散后的状态方程模型和传递函数模型。 （4）对离散的状态空间模型进行连续变化，测试一下能否变回到原来的系统。 4. 假设系统的传递函数模型为： 222 )(2+++=s s s s G 系统状态的初始值为?? ????-21，假设系统的输入为t e t u 2)(-=。 （1）将该传递函数模型转化为状态空间模型。 （2）利用公式 ?--+=t t t A t t A d Bu e t x e t x 0 0)()()()(0)(τττ求解],0[t 的状态以及系统输出的解析解。 （3）根据上述的解析解作出s ]10,0[时间区间的状态以及系统输出曲线。 （4）采用lsim 函数方法直接作出s ]10,0[时间区间的状态以及系统输出曲线，并与（3）的结果作比较。 5. 已知矩阵 ???? ??????----=212332110A （1）取1:1.0:0=t ，利用expm(At)函数绘制求A 的状态转移矩阵，看运行的速度如何？ （2）采用以下程序绘制A 的状态转移矩阵的曲线，看运行的速度如何？ clc;clear; A=[0 1 -1;-2 -3 3;2 1 -2]; t=0:0.1:2; Nt=length(t);

信号与系统的MATLAB仿真

信号与系统的MATLAB 仿真 一、信号生成与运算的实现 1.1 实现)3(sin )()(π±== =t t t t S t f a )(sin )sin()sin(sin )()(t c t t t t t t t S t f a '=' '== ==πππ π ππ m11.m t=-3*pi:0.01*pi:3*pi; % 定义时间范围向量t f=sinc(t/pi); % 计算Sa(t)函数 plot(t,f); % 绘制Sa(t)的波形 运行结果： 1.2 实现)10() sin()(sin )(±== =t t t t c t f ππ m12.m t=-10:0.01:10; % 定义时间范围向量t f=sinc(t); % 计算sinc(t)函数 plot(t,f); % 绘制sinc(t)的波形 运行结果： 1.3 信号相加：t t t f ππ20cos 18cos )(+= m13.m syms t; % 定义符号变量t f=cos(18*pi*t)+cos(20*pi*t); % 计算符号函数f(t)=cos(18*pi*t)+cos(20*pi*t) ezplot(f,[0 pi]); % 绘制f(t)的波形 运行结果：

1.4 信号的调制：t t t f ππ50cos )4sin 22()(+= m14.m syms t; % 定义符号变量t f=(2+2*sin(4*pi*t))*cos(50*pi*t) % 计算符号函数f(t)=(2+2*sin(4*pi*t))*cos(50*pi*t) ezplot(f,[0 pi]); % 绘制f(t)的波形 运行结果： 1.5 信号相乘：)20cos()(sin )(t t c t f π?= m15.m t=-5:0.01:5; % 定义时间范围向量 f=sinc(t).*cos(20*pi*t); % 计算函数f(t)=sinc(t)*cos(20*pi*t) plot(t,f); % 绘制f(t)的波形 title('sinc(t)*cos(20*pi*t)'); % 加注波形标题 运行结果：

【完整版】仿真软件在机械系统设计中的应用

机械系统中仿真软件的使用现状分析 1.计算机仿真概述 所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟实验(仿真实验)研究的过程。计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、计算机技术的发展,而成为一门新兴的学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。计算机仿真主要有以下三种仿真形式： （1）物理仿真：按照实际系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行试验研究。直观形象，逼真度高，但代价高，周期长。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的模型来进行研究的。 （2）半物理仿真：即物理数学仿真，一部分以数学模型描述，并把它仿真计算模型，一部分以实物方式引入仿真回路。针对存在建立数学模型困难的子系统的情况，必须使用此类仿真，如航空航天、武器系统等研究领域。 （3）数字仿真（计算机仿真）：首先建立系统的数学模型，并将数学模型转化为仿真计算模型，通过仿真模型的运行达到对系统运行的目的。现代计算机仿真由仿真系统的软件/硬件环境，动画与图形显示、输入/输出等设备组成。作为新兴的技术方法，与传统的物理实验相比较，计算机仿真有着很多无可替代的优点： 1）模拟时间的可伸缩性由于计算机仿真受人的控制，整个过程可控性比较强，仿真的时间可以进行人为的设定，因此时间上有着很强的伸缩性，也可以节约实验的时间,提高实验的效率。 2）模拟运行的可控性由于计算机仿真以计算机为载体，整个实验过程由计算机指令控制进程，所以可以进行认为的设定和修改，这个实验模拟过程有较强的可控性。 3）模拟试验的优化性由于计算机仿真技术可以重复进行无限次模拟实验，因此可以得出不同的结果，各种结果相互比较，可以找到一个更理想更优的问题的解决方案，可以作为优化实验，选择相应的方案。

通信系统建模与仿真课程设计

1 任务书 试建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号， 发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高 斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps ， 要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据 与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功 率谱进行估计。假设接收定时恢复是理想的。 2 基带系统的理论分析 2.1基带系统传输模型及工作原理 基带系统传输模型如图1所示。 发送滤波器 传送信道 接收滤波器 {an} n(t) 图1 基带系统传输模型 1）系统总的传输特性为(w)()()()H GT w C w GR w ，n （t ）是信道中 的噪声。 2）基带系统的工作原理：信源是不经过调制解调的数字基带信号， 信源在发送端经过发送滤波器形成适合信道传输的码型，经过含有加

性噪声的有线信道后，在接收端通过接收滤波器的滤波去噪，由抽样 判决器进一步去噪恢复基带信号，从而完成基带信号的传输。 2.2 基带系统设计中的码间干扰及噪声干扰 码间干扰及噪声干扰将造成基带系统传输误码率的提升，影响基 带系统工作性能。 1）码间干扰及解决方案 a ) 码间干扰：由于基带信号受信道传输时延的影响，信号波形 将被延迟从而扩展到下一码元，形成码间干扰，造成系统误码。 b) 解决方案： ① 要求基带系统的传输函数H(ω)满足奈奎斯特第一准则： 2(),||i i H w Ts w Ts Ts ππ+ =≤∑ 不出现码间干扰的条件：当码元间隔T 的数字信号在某一理想低通 信道中传输时，若信号的传输速率位Rb=2fc （fc 为理想低通截止频 率），各码元的间隔T=1/2fc ，则此时在码元响应的最大值处将不 产生码间干扰。传输数字信号所要求的信道带宽应是该信号传输速 率的一半:BW=fc=Rb/2=1/2T ② 基带系统的系统函数H(ω)应具有升余弦滚降特性。 如图2所示:滚降系数：a=[(fc+fa)-fc]/fc

信号与系统仿真作业

nGDOU-B-11-112广东海洋大学学生实验报告书（学生用表) 课程名称课程号学院(系)信息学院 专业班级 学生姓名学号 实验地点04002 实验日期 实验一连时间信号的MATLAB表示 和连续时间LTI系统的时域分析 一、实验目的 1．掌握MATLAB产生常用连续时间信号的编程方法，并熟悉常用连续时间信号的波形和特性； 2．运用MATLAB符号求解连续系统的零输入响应和零状态响应； 3．运用MATLAB数值求解连续系统的零状态响应； 4．运用MATLAB求解连续系统的冲激响应和阶跃响应； 5．运用MATLAB卷积积分法求解系统的零状态响应。 二、实验原理 1. 连续信号MATLAB实现原理 从严格意义上讲，MATLAB数值计算的方法并不能处理连续时间信号。然而，可用连续信号在等时间间隔点的取样值来近似表示连续信号，即当取样时间间隔足够小时，这些离散样值能够被MATLAB处理，并且能较好地近似表示连续信号。

MATLAB提供了大量生成基本信号的函数。比如常用的指数信号、正余弦信号等都是MATLAB的内部函数。为了表示连续时间信号，需定义某一时间或自变量的范围和取样时间间隔，然后调用该函数计算这些点的函数值，最后画出其波形图。 三、实验内容 1．实例分析与验证 根据以上典型信号的MATLAB函数，分析与验证下列典型信号MATLAB程序，并实现各信号波形图的显示，连续信号的图形显示使用连续二维图函数plot()。 (1) 正弦信号：用MATLAB命令产生正弦信号2sin(2/4) ππ+，并会出时间0≤t≤3的波形图。 程序如下： K=2;w=2*pi;phi=pi/4; t=0:0.01:3; ft=K*sin(w*t+phi); plot(t,ft),grid on; axis([0,3,-2.2,2.2]) title('正弦信号')

新型横向磁通永磁电机磁场研究

第27卷第24期中国电机工程学报V ol.27 No.24 Aug. 2007 2007年8月Proceedings of the CSEE ?2007 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2007) 24-0058-05 中图分类号：TM341 文献标识码：A 学科分类号：470?40 新型横向磁通永磁电机磁场研究 褚文强，辜承林 (华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074) Study on Magnet Field of Novel Transverse-flux Permanent Magnet Machine CHU Wen-qiang, GU Cheng-lin (College of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China) ABSTRACT: Firstly，a novel transverse-flux permanent magnet machine(TFPMM) is introduced．Then its no-load magnetic field is analyzed, including flux curve, the influence of different air gap/permanent magnet weight on magnetic field. Beside its cogging torque is also calculated．Finally, The experimental data is given and compared with the magnetic field computation results to prove the method above is available. KEY WORDS: transverse-flux; permanent-magnet machine; magnetic field computation 摘要：简要介绍了一种新型横向磁通电机，然后针对该电机进行了空载磁场分析，给出了磁通变化曲线，分析了气隙长度、永磁体宽度对磁场的影响，同时还计算了电机定位力矩。给出了样机实验数据，并与磁场计算结果进行了对比分析，比较结果说明以上方法是有效的。 关键词：横向磁通；永磁电机；磁场计算 0 引言 横向磁通永磁电机(Transverse-flux permanent magnet machine，TFPMM)是20世纪80年代末由德国的H.Weh教授提出的一种新型电机结构形式[1-2]。磁路结构的改变使其从理论上克服了传统电机齿槽位于同一截面，几何尺寸相互制约，电机转矩难以根本提高的缺陷，特别适合低速、大转矩、直接驱动等应用场合。德国于1988年率先研制了首台45kW横向磁通永磁电机样机，1999年又将TFPMM作为电动车发展优选部件之一；英国Rolls- Royce国际研发中心于1997年设计并制作了3.0MW采用C形定子铁心的TFPMM样机，目前正在研制16相20MW横向磁通永磁电机[3-5]；美国通用汽车Allsion传动部着手于研究复合软磁材料(SMC)成形定子的横向磁通电机和爪形齿横向磁通电机，并研制了30kW电动车用横向磁通电机[6-8]；国内对横向磁通电机的研究开展较晚，但目前已有不少样机研制成功[9-11]。此外TFPMM还被应用于磁悬浮[12-14]、风力发电、直线驱动[15]等领域。但是上述各种拓扑结构都存在工艺复杂，加工困难，基本上不适合中小功率低速直驱式场合应用。文献[16]提出了一种新型TFPMM拓扑形式，简化了电机结构，降低了对制造工艺的要求，使得TFPMM有可能应用于中小功率场合。本文在文献[16]基础上，利用有限元方法分析了该电机的空载磁场，给出了磁通变化曲线，分析了气隙长度、磁体宽度对磁场的影响，同时还计算了定位力矩，最后对样机的实验数据进行了比较分析。 1 新型横向磁通永磁电机 TFPMM磁路呈三维分布，其拓扑结构变化较为丰富，按其永磁转子结构和磁路特点，可以分为平板式、聚磁式、磁阻式、无源转子式4类[17]。文献[16]正是在德国G．Henneberger教授设计的单边定子平板式TFPMM结构[18]基础上提出一种新型横向磁通电机拓扑结构(内定子、外转子)，其定转子结构如图1、2所示，主要结构特点如下： （1）永磁体轴向磁化，相邻磁体极性相反，各相磁体(2p个)沿转子内表面均布，m相磁体轴向分隔，周向对齐。 （2）U形磁轭以两倍极距均布(每相p个)，各相独立，三相定子轴向互错120o电角度被固定在非磁性定子支架上。 （3）电枢绕组由同心绕制在U形磁轭中的周向线圈组成。

系统建模与仿真习题3及答案

系统建模与仿真习题三及答案 1.已知系统 )24(32)(21+++=s s s s s G 、2 103)(2+-=s s s G 求G 1(s)和G 2(s)分别进行串联、并联和反馈连接后的系统模型。 解： clc;clear; num1=[2 3]; den1=[1 4 2 0]; num2=[1 -3]; den2=[10 2]; G1=tf(num1,den1); G2=tf(num2,den2); Gs1=series(G1,G2) Gp1=parallel(G1,G2) Gf=feedback(G1,G2) 结果： Transfer function: 2 s^2 - 3 s - 9 ------------------------------ 10 s^4 + 42 s^3 + 28 s^2 + 4 s Transfer function: s^4 + s^3 + 10 s^2 + 28 s + 6 ------------------------------ 10 s^4 + 42 s^3 + 28 s^2 + 4 s Transfer function: 20 s^2 + 34 s + 6 -------------------------------- 10 s^4 + 42 s^3 + 30 s^2 + s – 9 2.某双闭环直流电动机控制系统如图所示：

利用feedback( )函数求系统的总模型。 解： 模型等价为： 编写程序： clc;clear; s=tf('s'); G1=1/(0.01*s+1); G2=(0.17*s+1)/(0.085*s); G3=G1; G4=(0.15*s+1)/(0.051*s); G5=70/(0.0067*s+1); G6=0.21/(0.15*s+1); G7=(s+2)/s; G8=0.1*G1; G9=0.0044/(0.01*s+1); sys1=feedback(G6*G7,0.212); sys2=feedback(sys1*G4*G5,G8*inv(G7)); sys=G1*feedback(sys2*G2*G3,G9) 结果： Transfer function:

系统建模与仿真课程简介

系统建模与仿真 开课对象：工业工程开课学期：6 学分：2学分；总学时：48学时；理论课学时：40学时； 实验学时：0 学时；上机学时：8学时 先修课程：概率论与数理统计 教材：系统建模与发展，齐欢，王小平编著，清华大学出版社，2004.7 参考书： 【1】离散事件系统建模与仿真，顾启泰，清华大学出版社 【2】现代系统建模与仿真技术，刘兴堂，西北工业大学出版社 【3】离散事件系统建模与仿真，王维平，国防科技大学出版社 【4】系统仿真导论，肖田元，清华大学出版社 【5】建模与仿真，王卫红，科学出版社 【6】仿真建模与分析(Simulaton Modeling and Analysis)(3rd eds.)，Averill M. Law, W.David Kelton，清华大学出版社/McGraw-Hill 一、课程的性质、目的和任务 建模与仿真是当代现代科学技术的主要内容，其技术已渗透到各学科和工程技术领域。本课程以一般系统理论为基础，让学生掌握适用于任何领域的建模与仿真的一般理论框架和基本方法。 本课程的目的和任务是使学生： 1．掌握建模基本理论； 2．掌握仿真的基本方法； 3．掌握一种仿真语言及仿真软件； 4．能够运用建模与仿真方法分析、解决工业工程领域的各种常见问题。 二、课程的基本要求 1．了解建模与仿真的作用和发展，理解组成要素。 2．掌握建模的几种基本方法，及模型简化的技术手段。 3．掌握建模的一般系统理论，认识随机数的产生的原因及统计控制方式。 4．能对离散事件进行仿真，并能分析运行结果。 三、课程的基本内容及学时分配 第一章绪论（3学时） 1．系统、模型、仿真的基本概念

信号与系统的MATLAB仿真

成绩
课程设计说明书(计算书、论文)
题 目 信号与系统的 MATLAB 仿真
课 程 名 称 院 （系）
信号与系统 电子通信工程学院
专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号
设 计 地 点 指 导 教 师
设计起止时间：
年
月 日
至
年
月
日

1．
课程设计应达到的目的
(1)熟悉 Matlab 软件的运行环境 (2)掌握采用 Matlab 软件程序实现信号与系统分析的方法 (3)掌握正确的编程过程和仿真分析 (4)总结对比软件仿真与硬件实验的区别及特点 2．课程设计题目及要求 《信号与系统》课程设计选题主要是要体现本课程的主要教学 内容中的重点部分，同时要求选题能过反映出信号仿真的代表性， 系统分析的应用性， 灵活性， 并且能与原本理论教学中繁琐的数学 计算相比较， 体现出软件计算的方便快捷性， 本课程设计主要包括 四个小设计部分，分别是： (1)信号的产生与简单运算：产生一个方波周期为 4π ，t[0 50]。
(2)?求解微分方程：y"(t)+3y'(t)+2y(t)=2e-2 ε(t)求 yzs； ?求卷积：e-2 ε (t)*e-3 ε (t)
t t
t
(3)求 H (s) ?
2s 2 ? 1 s 3 ? 4s 2 ? 6s ? 9
?求零、极点 ?并绘图 ?冲激响应

（4）求解差分方程：y(n)-y(n-1)-2y(n-2)=f(n) ?f(n)=( 1 )nε (n)
3
?f(n)=δ (n)
3.课程设计思路 利用信号与系统中的 matlab 常用命令集求解微分方程，并利用结 果和绘图命令绘图。
4.课程设计原理 设计原理 (1)设计一个简单程序能实现方波信号的生成。 利用Matlab软件的信号处理工具箱(Signal Processing Toolbox)中的专用函数产生 信号并绘出波形。
（2） ?对于求方程的零状态响应，即是求解常微分方程。Matlab 解常微分方程式的语法是 dsolve('equation','condition')，其中equation代表常微分方程式即 y'=g(x,y)， 且须以Dy代表一 微分项y''，condition则为初始条件。 ?利用MATLAB中conv命令求解卷积。 阶微分项y' D2y代表二阶

液压机械系统建模仿真软件AMESim及其应用

液压机械系统建模仿真软件AMESim及其应用

液压仿真软件AMESim及其应用 在现代工业中，随着对液压机械设备的性能要求以及机电液一体化程度的不断提高，对液压传动与控制系统的性能和控制精度等提出了更高的要求，传统的以完成设备工作循环和满足静态特性为目的的液压系统设计方法已不能适应现代产品的设计和性能要求。如果要对液压机械系统进行动态特性分析和采用动态设计方法，就需要运用计算机仿真技术，它是利用计算机技术研究液压机械系统动态特性的一种新方法。计算机仿真技术不仅可以在设计中预测系统性能，缩短设计周期，降低成本，还可以通过仿真对所涉及的系统进行整体分析和评估，从而达到优化设计，提高系统稳定性及可靠性的目的。 仿真首要任务就是建立数学模型，重点和难点也是进行建模，然后才可能进行计算机仿真研究，而建模是一件相当复杂的工作。目前常用的建模方法有传递函数法、状态空间法、功率键合图法等。模型建立的好坏直接关系到仿真的结果，不恰当的模型有可能得出相反的结论。目前

绝大多数软件采用状态方程建模，这些对一般的液压工作者来说，要求较高，有相当的难度。 1建模仿真软件——AMESim 基于建模过程的复杂性以及给仿真研究带来的不便，近几年来国外尤其是欧洲陆续研制出一些更为实用的液压机械仿真软件，并获得了成功的应用。AMESim就是其中杰出的代表。它是法国IMAGINE公司于1995年推出基于键合图的液压/机械系统建模仿真及动力学分析软件。它由一系列软件构成，其中包括AMESim、AMESet、A MECustom和AMERun。这4部分有其各自的用途和特性。 (1)AMESim——图形化工程系统建模、仿真和动态性能分析工具 AMESim是一个图形化的开发环境，用于工程系统建模、仿真和动态性能分析。使用者完全可以应用集成的一整套AMESim应用库来设计一个系统，所有的模型都经过严格的测试和实验验证。AMESim不仅可以令使用者迅速达到建模仿真的最终目标，而且还可以分析和优化设计。A MESim使得工程师从繁琐的数学建模中解放出

基于MATLAB的信号与系统仿真及应用

本科毕业（论文） 题 目 （中、英文 ） in The Signal System 分类 号 学号 密级 公开 学校代码 1107044431 TN911.6 基于MATLAB 的信号系统仿真及应用 The Application of MATLAB in The Signal System 工科 作者姓名 指导教师 学科门类 专业名称 电气工程及其自动化 提交论文日期 成绩评定 二零一五年五月

摘要 当前的科学信息技术正在日新月异的高速发展,而通过应用数字信号处理的方法，已成为一个非常重要的技术手段被广泛应用在通信、音频和图像、遥感，视频等领域。为了更好地了解信号与系统的基本理论和掌握其方法,从而更好地理解和掌握数字信号处理的理论知识,因此在实验过程中我们就需要通过MATLAB 计算机辅助设计平台。 本论文主要探究MATALB在信号与系统中的连续信号和离散信号中的应用，主要从连续和离散两方面入手，进一步掌握信号系统中的相关知识。同时引进计算机软件—MATLAB,对信号系统二阶系统的时域和频域分析，通过它在计算机上对程序进行仿真，阐述信号与系统理论应用与实际相联系。以此激发学习兴趣，变被动接受为主动探知，从而提升学习效果，培养主动思维，学以致用的思维习惯，也可以让人们进一步了解MATLAB软件 关键词：采样定理；MATLAB；信号与系统；抽样定理

Abstract Current, the rapid development of science and information technology are changing and through the application of digital signal processing method, has become a very important technology is widely used in communication, audio and video, remote sensing, video, etc. In order to better understand the basic theory of signal and system, and grasp the method, to better understand and master the theoretical knowledge of digital signal processing, so we need in the process of experiment by MATLAB computer aided design platform. This thesis mainly explores MATALB in signal and system, the application of discrete and continuous signals, mainly from the two aspects of the continuous and discrete, further to master relevant knowledge of signal system. Introduction of computer software - MATAB at the same time, the signal system of second order system time domain and frequency domain analysis, through its d on program on computer simulation, signal and system theory associated with the actual application. To stimulate interest in learning, change passive accept to active detection, so as to improve learning effect, active thinking, to practice habits of thinking, also can let people learn more about MATLAB software. Key words:Sampling theorem; MATLAB; Signals and systems; The sampling theorem

信号与系统课程设计报告书

信号与系统课程设计 ——利用matlab实现信号的取样与重构 学院: 工业大学城市学院 专业班级：通信工程C131班 姓名：穆永欢 学号：138213 指导老师：安亚军

目录 摘要 (1) 第一章概述 (1) 第二章设计过程 (2) 2.1设计目的 (2) 2.2设计原理 (2) 2.2.1.MATLAB的介绍 (2) 2.2.2连续时间信号 (3) 2.2.3采样定理 (3) 2.2.4信号重构 (4) 2.3设计容 (4) 2.3.1Sa(t)的临界采样及重构 (4) 2.3.2Sa(t)的过采样及重构 (6) 2.3.3Sa(t)的欠采样及重构 (8) 第三章设计结果分析 (10) 第四章心得体会 (11) 参考文献 (12)

摘要： 本次课程设计以信号与系统和数字信号处理这两门理论与实践紧密结合的课程为基础，经过两个学期的理论学习和上机实验后我们已初步掌握MATLAB软件，通过课程设计更加有助于我们进一步理解和巩固所学知识，学习应用MATLAB 软件的仿真技术，初步掌握线性系统的设计方法，提高分析和解决实际问题的能力，培养独立工作能力。 本实验设计是利用MATLAB实现信号的抽样与重构仿真。通过对该连续的Sa 信号进行抽样，在满足采样定理和不满足采样定理即过抽样和欠抽样两种情况下对连续的Sa信号和采样信号进行频谱分析 【关键词】：信号采样 MATLAB 采样周期频谱信号重构 第一章概述： 针对连续信号的采样与重构问题,利用MATLAB仿真软件平台,仿真不同条件下连续信号的采样信号时域波形和采样后信号频谱、重构信号时域波形和重构后误差波形图。通过对采样周期对采样频谱叠加和信号重构精度的影响、以及信号被采样前后在频域的变化对比分析,得出在不同采样频率的条件下,对应采样信号的时域、频域特性以及重构信号与误差信号也随之产生变化,连续信号可以完全恢复过来。本次课程设计应用MATLAB实现连续信号的采样与重构仿真，了解MATLAB软件，学习应用MATLAB软件的仿真技术。它主要侧重于某些理论知识的灵活运用，以及一些关键命令的掌握，理解，分析等。初步掌握线性系统的设计方法，培养独立工作能力。加深理解采样与重构的概念，掌握利用MATLAB分析系统频率响应的方法和掌握利用MATLAB实现连续信号采用与重构的方法。计算在临界采样、过采样、欠采样三种不同条件下重构信号的误差，并由此总结采样频率对信号重构误差的影响。

浅析机械设计中的系统建模与仿真

浅析机械设计中的系统建模与仿真 发表时间：2018-05-15T14:56:43.670Z 来源：《知识-力量》2018年3月上作者：赵洪泽[导读] 本文介绍发展系统建模与仿真技术的的分类，进一步阐述系统建模与仿真技术的运用，最后总结建模与仿真技术的发展的趋势。 （西华大学，四川成都 610039）摘要：本文介绍发展系统建模与仿真技术的的分类，进一步阐述系统建模与仿真技术的运用，最后总结建模与仿真技术的发展的趋势。关键词：系统建模仿真趋势 一、模拟仿真的定义 仿真(Simulation)，即使用系统模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真系统整体的层次上表示的。系统仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险估计，一般采用蒙特卡洛法进行仿真，为设计提供决策支持和科学依据。仿真是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。 二、模拟仿真的运用 研制新型飞机时，一般先要对按比例缩小的飞机模型进行风洞试验，以验证飞机的空气动力学性能；开发新型轮船或舰艇等时，一般先要在水池中对缩小的轮船模型进行试验，以了解轮船的各种性能；我国在建设三峡大坝时，广泛采用建模与仿真技术研究和评估大坝对环境、生态、洪水等方面的影响；设计新的生产线或新产品时，要通过仿真或试验对生产线或产品性能作出评估。训练、演示、教学、培训；军事模拟、指挥、虚拟战场；建筑视景与城市规划等多个领域均有仿真模拟的存在。 三、仿真的分类仿真可以按照不同原则分类： ①按所用模型的类型（物理模型、数学模型、物理数学模型）分为物理仿真、计算机仿真（数学仿真）、半实物仿真； ②按所用计算机的类型（模拟计算机、数字计算机、混合计算机）分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真 ③按仿真对象中的信号刘（连续的、离散的）分为连续系统仿真和离散系统仿真； ④按仿真时间与实际时间的比例关系分为实时仿真（仿真时间标尺等于自然时间标尺）、超实时仿真（仿真时间标尺小于自然时间标尺）和亚实时仿真（仿真时间标尺大于自然时间标尺）； ⑤按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等四、系统的分类 （一）从自然属性的角度对系统划分的内容。根据系统是否具有齐次性，系统可以分为：线性系统与非线性系统。简单地说，线性系统就是满足“加法”和“乘法”的系统，两个信号之和经过一个线性系统所产生的输出，等于这两个信号分别经过这个系统得到的输出，这就是加法；乘法就是一个信号乘以一个常数经过线性系统的输出，等于这个信号经过此系统的输出乘以这个常数；而非线性系统就是不满足“加法”和“乘法”的系统（二）根据系统状态变化是否连续，可以将系统分为连续系统（continuous system)和离散事件系统(discrete event system)。连续系统是指系统状态随时间发生连续变化，如化工、电力、液压-气动系统、铣削加工等，其数学模型有微分方程、状态方程、脉冲响应函数等形式。离散事件系统是指只有在离散的时间点上发生“事件”时，系统状态才发生变化的系统，它的数学模型通常为差分方程。制造领域中生产线/装配线、路口的交通流量分布、电信网络的电话流量等都是典型的离散事件系统。 （三）根据系统的模型参数是否恒定，系统可以分为：时变系统与时不变系统。时变系统的函数随时间发生而变化，时不变系统的函数是恒定的，不因时间的变化而变化。还是以售票系统为例，这个系统的参数设定，一般就不会随时间的变化而变化了，因此是时不变系统；人类生存的生态环境就是一个时变系统，每一时刻都有动植物在灭绝，五、数字化仿真的优势 ①有利于缩短产品的开发周期； ②有利于提高产品质量； ③有利于降低产品开发成本； ④可以完成复杂产品的操作、使用训练。 六、数学模型的分类 按人们对事物发展过程的了解程度分类：白箱模型：指那些内部规律比较清楚的模型。如力学、热学、电学以及相关的工程技术问题。灰箱模型：指那些内部规律尚不十分清楚，在建立和改善模型方面都还不同程度地有许多工作要做的问题。如气象学、生态学经济学等领域的模型。黑箱模型:指一些其内部规律还很少为人们所知的现象。如生命科学、社会科学等方面的问题；但由于因素众多、关系复杂，也可简化为灰箱模型来研究按建立模型的数学方法分类:几何模型、微分方程模型、图论模型规划论模型马氏链模型；按应用离散方法或连续方法分类：离散型、连续模型；按是否考虑模型的变化分类：静态模型动态模型按是否考虑随机因素分类：确定性模型随机性模型；按模型的应用领域分类:生物数学模型、医学数学模型、地质数学模型、数量经济学模型、数学社会学模型。 七、建模与仿真的发展趋势 由于国际化市场的激烈竞争和用户对产品的功能、质量、价格、供货期、售后服务等要求越来越高，以及高新技术的飞速发展，柔性自动化，智能化，并行工程等是当今先进制造技术的发展趋势。计算机的普遍应用给系统仿真领域带来了巨大的发展动力。计算机仿真技术，也就是数学仿真技术的发展改变了以往物理仿真投资大、周期长、不易改进的局面，计算机的应用又推动了系统仿真领域的研究不断向前发展。通过建模与仿真技术的结合，进一步优化产品，使产品智能化，自动化。仿真技术将逐渐涉及更多领域，以求跟随计算机的数字化发展进程。