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1、开 题 报 告 书姓 名院（部）课题性质设计学 号专 业 课题来源题 目基于MATLAB的单闭环直流调速系统的设计与仿真一、 选题的目的、意义（含国内外相同领域、同类课题的研究现状分析）：现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，尤其是在石油、化工、电力、冶金、轻工、核能等工业生产中对电动机的控制更是起着举足轻重的作用。因此调速系统成为当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统。随着生产工艺、产品质量要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。当前控制系统已进入了计算机时代，在许多领域已实现了智能化控制。对传统的过程工业而言，利用先进的自动化硬件及软件组成
2、工业过程自动化调速系统，大大提高了生产过程的安全性、可靠性、稳定性。提高了产品产量和质量、提高了劳动生产率，企业的综合经济效益，同时，也大大促进了综合国力的增强。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流调速系统凭借优良的调速特性，调速平滑、范围宽、精度高、过载能力大、动态性能好、易于控制以及良好的起、制动性能等优点，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以在电气传动中获得了广泛应用。为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为
3、转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。由于该系统的结构较复杂，控制器可调参数较多，所以整个系统的设计和校正比较困难，需要有一个功能全面、分析方便的仿真设计平台。自从MATLAB的Simulink推出以后，动态系统的仿真就变得非常容易了。因其含有极为丰富的专用于控制工程与系统分析的函数，具有强大的数学计算功能，且提供方便的图形绘制功能，只要在Simulink中画出系统的动态结构图模型，编写极简单的程序，即可对该系统进行仿真，效率极高，环境友好，从而给系统的设计和校正带来很大的方便。Matlab在学术和许多实际领域都得到广泛应用，已成为国际控制界应用最广的语言和工具。
4、本次设计是利用Matlab软件中的Simulink工具箱对直流电动机单闭环调速系统进行计算机辅助设计；对转速环进行时域和频域分析；对调速系统进行跟随性和抗扰性分析。并在给定系统各种参数的条件下，进行动态数字仿真，通过查看仿真波形和数据，既可获得参数整定的依据，又可验证本调速系统是否满足设计要求。通过这次设计，可以使我对自动控制及其仿真进行进一步的学习，增强知识的整合度使相关知识融汇贯通，为以后的工作奠定一定的知识基础。 2011年11月20 日二、 本题的基本内容：课题任务、重点研究内容、实现途径、方法及进度计划1、课题任务设计出一个较完整的直流调速系统，了解单闭环直流调速的原理和方法，比较各
5、种调速方法的特点与不足。对直流电动机的调速指标进行深入研究并整定出调节器的参数，同时要求对所设计的系统进行仿真（MATLAB& Simulink），掌握系统仿真技术在控制领域的应用。2、重点研究内容及实现途径 研究内容直流调速具有平滑性好，调速范围宽等优点，对直流调速的仿真有着一定的应用价值，单闭环调速简单且实用，而MATLAB在自动控制仿真方面有着不错的效果。本设计要求设计者能设计出一个较好的单闭环直流调速系统。在调速系统的原理和要求的静态、动态性能的基础上，设计直流脉宽调速电路，建立单闭环直流调速系统的数学模型。本课题还要求研究MATLAB与Simulink在控制方面的应用，掌握仿真程序的
6、编写与simulink模块参数的设置。3、实现途径1) 主要调速方法选择直流电动机的调速的方法有：调节电枢供电电压 U 、减弱励磁磁通 F 、改变电枢回路电阻 R 。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。2) 电路的组成与调速原理单闭环直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机、闭环控制系统和电流截止负反馈装置组成。该系统的控制对象是直流电动机M，
7、被控量是电动机的转速n，晶闸管触发及整流电路为功率放大和执行环节，和晶闸管同步脉冲触发电路，用来调节晶闸管的控制角。测速模块把测得的转速反馈到输入中。 3) 调节器的调节方式选择电动机的转速随给定电压变化，电动机最高转速由电流调节器的输出限幅所决定，电流调节器采用比例（P)调节，对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则须将调节器换成比例积分（PI）调节。这时当给定电压恒定时，闭环系统起到了抑制所用，当电动机负载或电源电压波动时，电动机的转速稳定在一定的范围之中。4) 系统参数的设定与校正Bode图是自动控制系统设计和应用中普遍使用的方法，它可以确切地提供稳定性和稳定裕度的信息，而且还能大致衡
8、量闭环系统稳态和动态的性能。在实际设计时，一般先根据系统要求的动态性能或稳定裕度，确定校正后的预期对数频率特性，与原始系统特性相减，即得校正环节特性。具体的设计方法是很灵活的，须要进行反复地试凑，才能得到满意的结果。5) 建立系统的数学模型6) 建立仿真模型7) 编写仿真程序8) 进行仿真实验并分析实验结果三、进度安排11月20日到12月1日完成毕业设计的开题报告。12月2日到3月1日查阅相关的文章和资料。3月2日到3月10日分析并确定系统的设计方案3月11日到3月20日系统各部分的设计和实验。3月21日到4月10日开始书写论文并修改。4月11日到5月1日完成论文的修改并定稿。四、推荐使用的主要参考文献：1. 自动控制理论 邹伯敏 编 第2版 机械工业出版社出版2. 过程控制及仪表 邵裕生 主编 上海出版社出版3. MATLAB及其在理工课程中的应用指南 陈怀琛 编 西电出版社出版4. 过程控制与自动化仪表 潘永湘 主编 机械工业出版社出版5. 模拟电子技术基础 第三版 童诗白 华成英主编 高等教育出版社6. 数字电路逻辑设计 第三版 王毓银主编 高等教育出版社7. 电子报、无线电、电子世界、电子技术应用等报纸杂志五、指导教师意见： 签章： 年 月 日六、院（部）审查意见： 签章： 年 月 日1
