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1、摘 要双闭环直流调速系统是一个复杂的自动控制系统，是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都是比拟成熟的系统，在拖动领域中发挥着极其重要的作用。由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的根底，本文就直流电机调速进行了较系统的研究，从直流电机的根本特性到单闭环调速系统，然后进行双闭环直流电机设计方法研究，最后用实际系统进行工程设计，并采用MATLAB/SIMULINK进行仿真，分析了双闭环调速系统的工程设计方法中由于忽略和简化造成的误差。对于双闭环直流调速系统，在设计和调试过程中有大量的参数需要计算和调整，运用传统的设计方法工作量大，系统调试困
2、难。本文对双闭环直流调速系统进行辅助设计，选择调节器结构，进行参数计算和近似校验，根据给出和计算出的相应参数，建立起制动、抗电网电压扰动和抗负载扰动的MATLAB/SIMULINK仿真模型，分析转速和电流的仿真波形，并进行调试，使双闭环直流调速系统趋于完善、合理。仿真结果证明了该方法的可行性和合理性。关键词：直流电机，双闭环，PID控制，MATLAB/SIMULINK ABSTRACTThe double closed loop direct current velocity modulation system is a complex automatic control system, is
3、 in the present direct current velocity modulation system mainstream equipment, has the velocity modulation scope width, the stability is good, the steady fast precision higher merit, in the theory and the practice aspect all is the quite mature system, in drives in the domain to play the extremely
4、vital role.Because the direct current machine double closed loop velocity modulation is each kind of electrical machinery velocity modulation system foundation, this article has conducted more systematic research on the direct current machine velocity modulation, from the direct current machine basi
5、c characteristic to the single closed loop velocity modulation system, then conducts the double closed loop direct current machine design method research, finally uses the actual system to carry on the engineering design, and uses MATLAB/Simulink to carry on the simulation, has analyzed in the doubl
6、e closed loop velocity modulation system engineering design method because neglects the error which creates with the simplification.Regarding the double closed loop direct current velocity modulation system, has the massive parameters in the design and the debugging process to need to calculate and
7、to adjust, the utilization tradition design method work load is big, system debugging difficulty. This article carries on the assistance design to the double closed loop direct current velocity modulation system, chooses the regulator structure, carries on the parameter computation and the approxima
8、te verification, according to produces the corresponding parameter which and calculates, establishes applies the brake, the anti- electrical network voltage perturbation and the anti-load perturbation MATLAB/Simulink simulation model, the analysis rotational speed and the electric current simulation
9、 profile, and carries on the debugging, enable the double closed loop direct current velocity modulation system to tend to the consummation, is reasonable. The simulation result has proven this method feasibility and the rationality.Keywords: Direct current machine, Double closed loop , PID control,
10、 MATLAB/SIMULINK目 录第1章 绪论11.1 毕业论文选题的背景及研究目标1 课题的研究意义1 本人的主要工作2第2章 直流电机工作原理及其控制理论简介42.1 电机的分类4 直流电机主要结构42.3 直流电机工作原理7 直流电机的控制方式10第3章 直流电机双闭环控制系统12 直流电机双闭环控制系统的组成123.2 双闭环调速系统静态特性133.3 双闭环系统起动过程分析153.4 双闭环调速系统的动态抗扰动性能173.5 双闭环调速系统中两个调节器的作用18第4章 直流电机双闭环控制系统设计194.1 双闭环直流调速系统总体设计方案194.2 主电路设计与参数计算20.1 主
11、电路结构图20 .2 整流变压器的设计21 晶闸管元件的选择23 电抗器参数计算23.5 励磁电路25.6 三相桥式全控整流电流25 晶闸管触发电路274.3 直流调速系统的保护30 过电压保护30 电流保护334.4 控制电路设计344 电流调节器的设计34 转速调节器的设计37第5章 MATLAB简介405.1 MATLAB的安装405.2 MATLAB的启动运行415.3 MATLAB的帮助文件415.4 MATLAB所定义的特殊变量及其意义415.5 MATLAB模块简介42第6章 系统建模与仿真436.1 调速系统仿真模型的建立436.2 仿真结果446.3 仿真结果分析46结论48
12、参考文献49致谢50附录151第1章 绪 论1.1 毕业论文选题的背景及研究目标直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。从机械特性上看，就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化1。直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。广泛地应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等许多领域的自动控制系统中1。它通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电2，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，如晶体管、各种线性运算电路2等
13、，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特性也随之变化，故系统运行的可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。双闭环直流调速系统是一个复杂的自动控制系统，在设计和调试的过程中有大量的参数需要计算和调整，运用传统的设计方法工作量大，系统调试困难，将SIMULINK用于电机系统的仿真研究近几年逐渐成为人们研究的热点3。同时，MATLAB软件中还提供了新的控制系统模型输入与仿真工具SIMULINK，它具有构造模型简单、动态修改参数实现系统控制容易、界面友好、功能强大等优点，成为动态
14、建模与仿真方面应用最广泛的软件包之一。它可以利用鼠标器在模型窗口上“画出所需的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真或分析，从而使得一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。本文采用工程设计方法对转速、电流双闭环直流调速系统进行辅助设计，选择适当的调节器结构，进行参数计算和近似校验，并建立起制动、抗电网电压扰动和抗负载扰动的MATLAB/SIMULINK仿真模型，分析转速和仿真波形，并进行调试，使双闭环直流调速系统趋于完善、合理。1.2 课题的研究意义直流电动机具有良好的起、制动性能，调速性能好，起动转矩大，易于在大范围内平滑调速等优点，其调速控制系统历来在工业控制中占有
15、极其重要的地位1。直流电动机在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。直流电机在家用电器、电子仪器设备、电子玩具、录相机及各种自动控制中也都有广泛的应用。在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等方面，直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机，所以直流电机的控制是一门很实用的技术。近年来，交流调速系统开展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比拟成熟，并且从反响闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的根底，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用2。虽然随着电力技术的开展，特别是在大功率电力电子器件问世以后，直流电动机拖动将有逐步被交流电动机拖动所取代的趋势，但在中、小功率的场合，常采用永磁直流电动机，只需对电枢回路进行控制，相比照拟简单。特别是在高精度位置伺服控制系统、在调速性能要求高或要求大转矩的场所，直流电机仍然被广泛应用。直流调速控制系统中最典型的一种调速系统就是转速、直流调速系统。直流调速系统的设计要完成
