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1、 毕毕 业业 设设 计计 龙门刨床直流调速控制系统设计 与仿真分析 学生姓名学生姓名： 学号学号： 系系 部：部： 专专 业：业： 指导教师：指导教师： 二一五年六月 机械工程系 机械电子工程 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 毕业设计任务书毕业设计任务书 设计题目： 龙门刨床直流调速控制系统设计与仿真分析 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标 学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解龙 门
2、刨床直流调速控制系统工作原理的基础上建立系统的数学模型，并利用 Matlab 中的 Sinulink 工具对系统进行动态仿真，给出仿真实验结果，为学生在 毕业后从事桥梁技术工作打好基础。 2主要内容 （1）分析龙门刨床直流调速控制系统的工作原理； （2）建立系统的数学模型； （3）以 B220 型龙门刨床为例，编写 matlab/simulink 仿真程序； （4）调试、分析仿真结果。 3主要参考资料 1 王贵明主编 数控实用技术 机械工业出版社. 2 陈贵明，张明照等编著.应用 MATLAB 建模与仿真M. 科学出版社. 3 钟麟，王峰等编著.MATLAB 仿真技术与应用教程M.国防工业出版
3、社. 4 张森，张正亮编著.MATLAB 仿真技术与实例应用M.机械工业出版社. 4进度安排 设计各阶段名称起 止 日 期 1 查阅相关文献，完成开题报告 2015.03.022015.03.25 2 分析龙门刨床直流调速控制系统设计与仿真 2015.03.262015.04.15 3 以 B220 型号龙门刨床为例，建立系统的数学 模型，编写 matlab 仿真程序，中期检查 2015.04.162015.05.15 4 完善 matlab/simulink 仿真程序，调试、分析 仿真结果 2015.05.162015.05.31 5 整理毕业设计相关资料，准备毕业答辩 2015.06.01
4、2015.06.05 审核人： 年 月 日 I 龙门刨床直流调速系统设计与仿真分析 摘摘 要要：龙门刨床作为工业生产中重要的工具，很早就被运用到工业上，本课 题的核心是直流电动机调速系统，龙门刨床工作时电机经常处于正反转运行的 状态，应该尽量缩短起制动过程的时间，因此调速系统要满足以上情况。 本文简单介绍了采用电流、转速双闭环进行直流调速的方法，描述了系统 的组成及其数学模型。根据直流调速双闭环控制系统的工作原理，运用 MATLAB 中的 Simulink Power system 模块建立双闭环系的仿真框图和面向控制 系统电气原理结构模型，然后进行仿真。由仿真结果可以看出电流转速随时间 的变
5、化，这表明双闭环系统有良好的动态跟随性能和静特性。 关键词关键词：龙门刨床，双闭环直流调速系统，Simulink。 The design and simulation analysis of Longmen planer DC speed control system Abstract: Longmen planer as an important tool in the production of industry , have been applied to the industry long years ago. The core of this issue is systems of
6、Double DC motor speed control, The motor is often in a state of positive reverse operation when working, and to shorten the process time as long as possible, So the speed system should be satisfy the above situation. This article introduces method of DC speed adjustment using current and speed doubl
7、e loop, and describes the construct and mathematic model of the system. According to the working principle of the double closed loop control system of DC speed, the article uses Simulink Power system block of Matlab to establish a double- loop simulation block diagram and established a control syste
8、m for electrical equipment model, then simulates the control system model. From the result we can see the change of electric current and speed with time, it shows that double loop system have better steady ability and dynamic follow ability. Keywords: Double Haas planer, Double loop DC motor system,
9、 Simulink. II 目 录 1 绪 论.1 1.1 研究的目的与意义 .1 1.2 国内外研究现状 .2 1.3 本课题主要研究内容 .3 2 自动控制系统以及 MATLAB/SIMULINK 介绍.4 2.1 自动控制系统简介 .4 2.2 MATLAB 简介 6 2.3 SIMULINK仿真简介.7 3 龙门刨床直流调速系统的组成及其工作原理10 3.1 龙门刨床直流调速系统的组成 10 3.2 以电流调节器 ACR 为核心的电流环 15 3.3 以转速调速器 ASR 为核心的转速 16 4 龙门刨床直流调速系统的静动态特性.17 4.1 双闭环直流调速系统的静特性及稳态参数计算
10、17 4.2 双闭环直流调速系统的动态特性 18 5 龙门刨床直流调速系统的动态仿真模型.24 5.1 仿真流程 24 5.2 仿真的目的与意义 24 5.3 POWER SYSTEM选模与建模 .24 6 龙门刨床调速系统动态仿真及结果分析.35 6.1 实验结果分析以及参数对仿真结果的影响 35 6.2 结论 35 参考文献36 致谢.37 太原工业学院毕业设计 1 1 绪绪 论论 1.11.1 研究的目的与意义研究的目的与意义 龙门刨床是指外形很大的机床，它的装具与其他机床不同，运动性质，刀 具也有些不同，工业上大型的机床一般都叫做龙门床，还有龙门铣床，这种床 上的零件可以同时被加工，龙
11、门刨床是早期使用的机床，早些年龙门刨床的应 用很广泛，适用范围大。现在的机床主要是铣床和车床，刨床的应用变得越来 越少，但在刨削大型零件上，龙门刨床则表现出非常重要的作用。这种床工作 方式比较特殊：上面的零件随着平台运动，零件可以向前后左右运动。左右两 个类似立柱的平面是横梁，横梁上放有垂直的平面，形象点说，在远处看龙门 刨床，它的形状就像一艘船，而工作平面就像甲板，平面上可能是导轨，也可 能是滑动系统，这样做的目的是方便零件的移动，床身上面一般都涂着绿颜色 的油漆，放置生锈影响加工零件效果。机床工作台的驱动主要是伺服电机，这 种电机有多种不同组合，可用发电机电动机组，也可以用电动机的可控硅直
12、 流调速方式,因直流较交流来说，直流的调速范围较大,稳定性高，在低速时也能 获得较大的驱动力。对于不同的龙门刨床刀具有些不一样，有的带有铣头，有 的带有磨头，依次被称作龙门刨铣床和龙门刨铣磨床；龙门刨床的末端是一正 方形立柱，就像门一样，因此叫做龙门刨床，中间部位有横放的支柱用来上下 移动，龙门刨床内部都有一台或几台伺服电动机用来带动机床的运动。电动机 一般要满足有以下几点要求：速度变化范围广；可多方面连续改变速度；稳定 性、可靠性高。 转速、电流双闭环直流调速系统用途甚广，它效率高，损失小，简单方便， 容易理解，在工业不断变化过程中，它在电力控制方面一直扮演着重要角色。 电机自动控制系统广泛
13、应用于各行业，尤其是工业，这种系统是将电能转换为 机械能，绝大部分主机械都采用它作原动机，电动机靠电力带动机械系统，它 具有多种优点因此被人们广为所用，在其它面也表现出优势，直流电动机在许 多需要的领域都得到了广泛应用，不仅仅是调速，正反转方面，也表现在电力 拖动方面。因此，有效地控制运用电动机，研究其直流调速系统，提高其运行 稳定性与调速性能，对机械行业具有很好的现实意义。 太原工业学院毕业设计 2 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 （1）龙门刨床： 我国第一台龙门刨床于 20 世纪 50 年代问世，它诞生在山东济南，当时我 国的重工业技术比较落后，在文化大革命时期发展很慢，大部分技术都
14、是靠苏 联，我国在机床技术这方面人才欠缺，很大程度上依靠国外，从国外请来工程 师，让人家指导，包括设计图原理和一系列技术上的问题；当时我国存在这样 的问题：资金短缺，设备不够完善，技术不先进，人们对高科技技术的认知和 兴趣不够深入，甚至有些人的思想还停留在封建阶段，总的来说就是缺乏创新 思维。但是我国在这种情况下，自主努力重要在 1955 年研制成功，这标志着我 国机床技术巨大的飞跃，济南因此成为刨床故乡，赢得一系列美誉，与此同时， 国家领导人还光临参观了此地，并作鼓励与指导，人们要对高技术更加重视， 要并肩世界先进水平，这台刨床如庞然大物，重约百余吨，可以加工许多大型 零件；目前看来。我国还
15、是缺乏掌握机床先进技术的人才，因此培养人们的科 技创新思维，培养这方面的人才越来越重要。 国外的工业较我国早了许多年，因此国外技术比较成熟稳定，技术已达到 世界先进水平，精度也很高，技术较为先进的国家有德国、日本、西班牙、瑞 典、美国等，国外主要是大型、高精度刨床，我国刨床的发展与发达国家仍有 很大差距。 （2）直流调速系统： 我国龙门刨床的直流调速系统主要有:对于大型龙门刨床，主要直流传动系 统、有的采用直流电动机-，还有电动机、发动机组合，早期还有手动的机床， 主要靠工人用手轮的转动来带动工作台、刀具的运动，工件的好坏往往取决于 工人的经验，这种调速技术过于落后，精度不高，对工人的要求很高，工人的 劳动强度很高，效率低；近几年来，我国吸取国外先进技术，电机调速系统较 为完善，伺服电机比较先进调速系统基本达到世界先进水平。 国外从 70 年代开始，随着控制技术、PLC技术、计算机控制与控制工程结 合的技术己逐步应用于龙门刨床调速系中。它主要表现在高度自动化，系统全 部由数字控制，系统进入全面数控模式，系统高度自动化，大大提高了加工零 件的精度，工人的劳动强度大大减少，提高了效率，刨床的速度，稳定性，可 靠性等也有很大的提高。目前，在机床领域，国外已达到相当成熟的阶段。 太原工业学院毕业设计 3 1.3 本课题主要研究内容本
