基于统一建模语言的异步电机建模及仿真.doc

1、摘 要 现代产品多由机电液控多领域组件混合而成，因此多领域、多学科的交叉融合已成为现代数字化设计与制造技术的发展趋势。Modelica模型是面向对象的数学模型，基于物理系统数学表示的内在一致性，它支持在一个模型中包含来自多个领域的模型组件，实现多领域建模和仿真。在本论文中，我们通过分析异步电机的结构和工作原理，利用Modelica语言和Dymola仿真平台建立异步电机的仿真模型来分析测试电机的相关特性。该论文主要包含以下的几个主要部分：首先概述了当今多领域建模仿真的发展状况。其次，分析了有关电路设计和仿真的一些有关软件和平台，以及Modelica语言和Dymola仿真平台。接着，研究了异步电机

2、的工作原理以及他它的主要组成部分。最后，讲述如何利用Modelica语言和Dymola仿真平台建立异步电机的仿真模型，以及对他们进行分析测试。 本论文对课题的设计方法以及所利用的理论知识进行了详细的阐述，并对多领域建模语言Modelica以及仿真平台Dymola系统进行了初步的介绍。关键字：异步电机建模仿真；异步电机动态响应；Modelica； Dymola系统 AbstractContemporary products controlled by the hydraulic components of a mixture in various fields, so in many areas

3、, multi-disciplinary integration of the cross has become a modern digital design and manufacturing technology trends. Modelica object-oriented model is a mathematical model, based on the physical system of the internal consistency of mathematics, said that it supported a model in many areas included

4、 in the model from components, to achieve more than the area of modeling and simulation. In this paper, we analyze the structure of induction motor and the working principle, the use of Modelica and Dymola language induction motor simulation platform is built to analyze the simulation model to test

5、the electrical characteristics of the relevant.In this paper, the paper contains the following main parts: the first provides an overview of todays multi-field development of modeling and simulation. Secondly, an analysis of the circuit design and simulation of some of the software and platform, as

6、well as the Modelica language and Dymola simulation platform. Then, to study the working principle of induction motors as well as his major component of it. Finally, about how to use Modelica and Dymola simulation platform language to establish the simulation model of induction motors, as well as an

7、 analysis of their test.In this paper, the design method of the subject and the use of the theoretical knowledge explained in detail, and multi-domain modeling language Modelica and Dymola simulation system platform for the initial introduction. Key words: Modeling and Simulation of induction motor,

8、 induction motor dynamic response, Modelica, The Dymola system 目 录摘 要IIAbstractIII1 绪 论11.1 课题来源11.2 研究背景11.3 国内外相关软件的发展概况31.3.1硬件描绘语言VHDL31.3.2MATLAB系统41.4 Modelica语言的介绍51.4.1Modelica发展的历史51.4.2Modelica的主要特征61.4.3Modelica的主要功能61.5 课题研究的目的与意义91.6 课题主要内容102 异步电机工作原理及结构102.1 三相异步电机的基本结构102.1.1定子部分112.

9、1.2转子部分122.1.3其他部分142.2 三相异步电机工作原理142.2.1三相交流电机的旋转磁场142.2.2三相电动机的转动原理162.2.3转差率182.2.4主要系列183 仿真系统设计213.1 Dymola/Modelica213.2 可行性分析223.3在Dymola环境下采用Modelica语言建立物理元件模型224 仿真结果与分析324.1 仿真结果324.2 异步电机起动过程的分析334.3 结论385 总结与展望385.1 总结385.2 展望39谢 辞40参考文献41411 绪 论1.1 课题来源该课题来源于桂林电子科技大学机电工程学院的科研项目,项目主要研究面向

10、对象的多领域建模语言Modelica的应用，本设计主要是研究Modelica对异步电机的建模及应用。1.2 研究背景 随着时代和科技的进步，计算机仿真技术日益成为各行业不可缺少的手段和技术。纵观系统仿真技术发展的历史可知，仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算技术的发展密切联系的。正是控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，同时计算机的出现以及计算技术的发展，为仿真技术提供了强有力的手段和工具。由于在计算机上建立系统的数学模型并运转和实验这个模型是十分经济、方便和灵活的，因而计算机仿真在仿真中越来越占有重要的地位。50年代末期到60年代，由于洲际导弹和宇宙飞船的姿态及轨道控制动力

11、学的研究，促进了混合仿真技术的发展，1958年第一台混合计算机系统用于洲际导弹的仿真。1964年生产出第一台商用混合计算机系统。60年代，阿波罗登月计划的成功及核电站的广泛使用进一步促进了仿真技术的发展。70年代开始，仿真技术被应用于社会、经济、生态、管理等非工程系统的研究，开拓了仿真技术的广阔应用前景。仿真技术现在已成为系统分析、研究、设计及人员训练不可缺少的重要手段，它给工程界及企业界带来了巨大的社会效益与经济效益。使用仿真技术可以降低系统的研制成本，提高系统实验、调试及训练过程中的安全性，对于社会、经济系统，由于不可能直接进行实验，仿真技术更显出它的重要性。 现代仿真系统的总体要求如下：

12、(1)减少模型开发时间，即从重视编程转向重视建模，包括研究结构化建模的环境与工具，建立模型库及模型开发的专家系统等等。 (2)改进精度，包括改进模型建立的精度及实验运行的精度，比如研究模型结构特征化的新方法模式识别法及人工智能法、连续动力学系统的数值解法、随机数产生的方法等等。(3)改进通信，包括人与人之间的通信及人与计算机之间的通信，比如研究模型的统一描述形式，图形输入与动画输出，仿真结果的统计、分析等。仿真实验要使得模型能够在计算机上运行，这部分工作要由仿真软件来完成。仿真软件是一类面向仿真用途的专用软件，它的特点是面向问题、面向用户，其功能可概括为：(1)模型描述的规范及处理；(2)仿真

13、实验的执行与控制；(3)数据与结果的分析、显示及文档化；(4)对模型、实验模式、数据、图形或知识的存储、检索与管理。根据上述功能的实现情况，可以将仿真软件分为程序包具有(2)、(3)、(4)中一种或两种功能、仿真语言具有(1)、(2)、(3)功能和一体化仿真环境具有(1)一(4)全部功能的一体化软件系统。从目前看，仿真语言仍是仿真软件的主体。从软件发展的观点来看，最初出现的是一些功能简单的程序包，以后为便于仿真用户使用，开发了许多仿真语言，同时研制成为了满足这些要求，提出了一下下几点。改善建模环境改善建模环境包括下述内容。(1)模块化、结构他建模技术 所谓结构化建模技术是指；根据不同实际系统的

14、组成，对系统进行分解，抽象出它们的基本成分及组合关系；确定各种基本成分及其连接的描述形式并开发一种非过程编程语言(模型描述语言)，根据应用领域的不同建立相应的模型库并使它与模型实验模块有机地结合起来。采用这种技术不仅能使仿真软件直接面向领域工程师，而且能大大缩短建模时间。(2)图形建模技术 利用鼠标器在计算机屏幕上将模型库中已有的系统元件拼合成系统的横型。在20世纪90年代以前，应用于特定领域的建模仿真软件在其取得成功的同时，伴随着新产品、新技术的不断出现，离复杂产品的现实要求之间的差距也越来越大，具体表现在： （1）对多领域建模支持不足：ADAMS,SIMPACK、Spice、VHDL-AM

15、S、Flowmaster等在其特定专业领域，如机械、电子或液压等，功能相当完善，但对于来自其它领域的组件描述能力有限，对多领域统一建模的支持不足。 （2）通用仿真系统如Simulink、ACSL等，有时需要对模型方程作手工推导和分解，然后建立对应的经过分解和变型的模型。建立的模型拓扑结构和实际的物理模型的拓扑结构相去甚远，因而不适合于物理建模(physical modeling)。 （3）和传统的面向计算的建模方法不同，第一代面向对象的数学建模语言和仿真系统(ObjectMath,Dymola,Omola,NMF,gPROMS,Allan,Smile等)采用了面向对象和基于方程的建模方法，克服了以前面向过程的建模仿真语言的限制，但诸多语言本身又产生了兼容性和标准化的问题。 为此，来自不同领域的专家学者，在归纳和统一以前的多种面向对象的数学建模语言基础上，于1997年提出了一种新的多领域统一物理建模语言Modelica。 目前，国内高校和研究所对基于Modelica统一建模语言的多领域统一建模的研究还主要局限于基于Dymola软件的应用，如上海交通大学机