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1、诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于modelica语言的直流脉宽调速系统仿真 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 学生： 指导教师： 1课题意义及目标应用多领域建模语言Modelica，对机电传动系统中典型的脉宽调制电路进行建模和仿真。1、 熟悉Modelica语言及其建模环境2、 分析典型的直流脉宽调速系统3、 建立相应的模型，对系统进行分析论证2主要内容(1)认真阅读任务书，通过查阅相关文献资料，在了解课题研究目的意义及现状等基础上
2、，构建设计方案并进行充分论证，并撰写开题报告；(2)建立相关模型，熟悉相关软件；(3)完成直流脉宽调制系统的分析；(4)毕业设计说明书；3主要参考文献 1邓星钟，周祖德，邓坚等.机电传动控制M.华中科技大学大学出版社,2007.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1阅读任务书，通过查阅资料，撰写开题报告并进行开题答辩；2014.11.-2014.12.312建立相关模型，熟悉相关软件；2015.1-2015.33中期答辩；2015.4-2015.54完成模拟，建立模型并分析；2015.5-2015.65撰写设计说明书，准备毕业答辩。2015.6-审核人： 年 月 日基于Modelica语言的
3、直流脉宽调速系统仿真摘要：本文是对直流脉宽调速系统的仿真。首先简单介绍了Modelica语言，并引入了以Modelica语言为基础的多领域系统建模软件OpenModelica，重点描述了该软件的建模和仿真过程。在OpenModelica平台上利用Modelica语言建立了直流电机、晶体管、二极管等元件模型和PWM电路模型，最后用所建立的模型对脉宽调制的原理电路进行了仿真和分析。仿真结果表明脉宽调速电路可以实现电动机的调速。关键字：直流调速系统，脉宽调制，仿真，Modelica Simulation of DC PWM Speed System Based on ModelicaAbstract
4、：This article is a simulation of DC PWM speed control system. Firstly, there is a brief introduction of the Modelica language and introduced to the Modelica language-based multi-domain system modeling software OpenModelica, focused on the modeling and simulation process. Take advantage of Modelica l
5、anguage to build a DC motor, transistors, diodes and other components of the model and the PWM circuit model on OpenModelica, and finally simulate and analysis the model PWM circuit. Simulation results show that the PWM circuit can change the motor speed.Key Words: DC Speed System; PWM; Simulation;
6、Modelica目 录1、 绪论11.1 Modelica语言的发展11.2 Modelica应用情况11.3 直流脉宽调速系统的介绍21.4直流脉宽调速系统研究背景22、OpenModelica的介绍与建模42.1 OpenModelica操作界面介绍42.2 Modelica语言建模82.3 具体建模过程92.4小结163、直流脉宽调速系统的分析173.1 脉宽调速的原理分析173.1.1不可逆PWM变换器183.1.2可逆PWM变换器213.2脉宽调速系统的组成223.3小结244、直流脉宽调速系统的模拟仿真254.1 直流脉宽调速系统电路的建模254.1.1 在模型库中查找所需组件25
7、4.1.2直流电动机建模274.2直流脉宽调速系统电路的仿真314.2.1连接电路图314.2.2仿真分析345、结论41参考文献42致谢43I太原工业学院毕业设计1、 绪论1.1 Modelica语言的发展为了解决多领域物理系统的统一建模和协同仿真问题，德法瑞典等六国专家在欧洲仿真协会EUROSIM的协调下，对多领域物理系统统一建模技术开展研究。1997年在归纳了多种建模语言特征之后，他们提出了Modelica语言1。这年9月推出1.0版本，随后又增加了多个版本。2000年在瑞典成立了国际仿真组织Modelica协会。该协会频繁地召集专家进行设计会议和学术会议，大大加快了Modelica语言
8、相关理论，相关系统及模型库的发展2。Modelica语言近几年发展飞快。它是一种基于方程的陈述式建模语言，模型的数学描述是微分方程、代数方程和离散方程，用方程描述不同领域的物理现象和规律。根据系统的拓扑结构，基于语言内在的连接机制，实现模型的构成；相关软件能通过自动求解方程实现仿真，无需手工处理3。尤其是对超过十万个方程的大规模模型，可使用专门算法进行处理。Modelica是一种面向对象的语言，适用于大规模多领域物理系统的建模。经过这些年的努力，相关模型库增长飞快。目前该协会已建立了十几个共享模型库和专业领域模型库，涵盖了系统动力学、汽车动力学、热动力、模糊控制等领域，可以满足多个领域的建模要
9、求，如包含了机械、电子、液压和控制子系统的汽车领域和航空应用及机器人领域4。因为协会是非营利的，所以网站提供免费的模型库，任何研究人员都能够在Modelica协会网站上下载大量共享资源，并利用模型库构建所需的仿真应用。1.2 Modelica应用情况目前在欧美，东亚等地区的市场上出现了一些成熟的仿真软件，如Dymola和国内的Mworks。这些软件为复杂机电产品的设计和分析提供了很大便利。这也使得基于Modelica语言的仿真技术在动力、电力、污水处理等行业中大量应用，尤其是Toyota、Ford、BMW、德国航空航天中心的使用，大大地带动了Modelica语言的发展5。欧洲仿真协会和达索联合
10、组织了Mercedes-Benz、BMM、Siemens、ABB等国际厂商，推动了欧洲资源库地建设。这些技术也开始在航空航天、汽车、能源等行业应用推广，国内目前已在大飞机项目、汽车整车建模与分析等应用中取得了良好的效果。1.3 直流脉宽调速系统的介绍直流电动机出现较早，相对于交流电动机来说，它实现调速更早。在调速方面，它具有以下优点：适合在较大范围内调速，起、制动性能良好，且控制简单效率高。直流调速是指在特定负载下，通过改变直流电动机的参数或外加电压的方法，使机械特性曲线改变，来满足工作的要求。脉宽调制，是利用电力电子开关器件的导通与关断，将恒定的直流电压调制成极性可变、大小可调的脉冲电压，并
11、通过控制脉冲的宽度，实现直流电机电压的调节。直流脉宽调速系统即直流PWM调速系统，利用电子器件的完全可控性，采用脉宽调制技术，将恒定的直流电压调制成可变极性和大小的直流电压，使电动机电枢端的电压，能够平滑调速7。PWM调速系统近些年发展成熟，与传统的直流调速器相比，优势如下:(1) 控制电路线路简单，需要使用的功率元器件少； (2) 开关频率高，电流连续，谐波少，电机损耗较小；(3) 低速时的稳速精度较高，调速范围较广； (4) 系统频带宽，动态响应较快，动态抗扰能力强； (5) 当功率开关器件在开关状态工作时，导通损耗小；(6) 当直流电源不可控整流时，功率因数较高8。1.4直流脉宽调速系统
12、研究背景直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本设计建立了基于Modelica语言的数学模型，并分析了系统的基本原理，对直流脉宽调速系统进行计算机仿真,以此验证设计的调速系统是否可行。随着社会的进步，国内的工业化脚步越来越快，直流电动机的调速系统已经成为自动控制生产中应用最广泛的系统。尤其是身处计算机快速发展的时代，许多工业领域已经实现自动化，智能化控制。在机电传动与控制领域，我们更应该利用计算机，使用先进的电子元器件，发展传统工业的调速系统。以此来提高我们的生产效率，保证生产过程的安全性和可靠性。432、OpenModelica的介绍
13、与建模2.1 OpenModelica操作界面介绍打开OpenModelica，操作界面如下图。 图2.1.1 OpenModelica操作界面操作界面的上部分别是标题栏、菜栏单和工具栏；左侧是模型库，右侧是主要工作区域，包含绘图、建模和仿真窗口，是模型编辑仿真区域。介绍模型库。OpenModelica自带的模型库是Modelica协会提供的，模型库中包含大量的有用组件，涵盖多个领域常用的模型，单位及常用数学函数和计算工具。下图是OpenModelica的模型库。图2.1.2 OpenModelica模型库其中有用户指南（UsersGuide），块（Blocks），复杂块(ComplexBlo
14、cks)，电类(Electrical)，电磁学(Magnetic)，机械(Mechanics)，流体(Fluid)，数学(Math)，媒介（Media），热力学(Thermal)，函数库(Utilities)，常量(Constants)，图标(Icons)，国际单位制(SIunits)等重要内容。下面介绍工作区域。我们从模型库中打开Modelica类，找到Ground模型，点击打开。如图所示：图2.1.3 Ground模型工作区域顶部有一栏，显示打开的内容，视图类型，路径等。切换视图，有下图：图2.1.4理想电阻图标视图图标视图，显示模型的图标，可根据需要修改图标，并命名。图2.1.5理想电阻组件视图组件视图，可修改组件的参数。双击组件，即可弹出组件参数对话框，如下：图2.1.6理想电阻参数对话框可在参数对话框中修改参数，添加新附加变型。图2.1.7理想电阻文档视图文档视图，显示组件的程序，其中定义了组件的重要参数，组件类型等内容。可在文档视图中输入程序，编辑组件。2.2 Modelica语言建模Modelica语言是面向对象的模型语言，而模型语言与编程语言的本质区别是，模型语言的对象只与模型本身有关；编程语言则是对状态
