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1、毕业设计题 目 直流电动机无环流可 逆调速系统设计 专 业 电气工程与自动化 班 级 2008级（2）班 学 生 郑凌峰 指导教师 杜军 重庆交通大学 2012 年前 言电力拖动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、压力、张力和转矩等。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到应用。由于半导体技术在电力电子学和模拟及数字电子学方面的迅速发展，促使了电力拖动自动控制系统的日新月异。采用电力拖动自动控制系统，一方
2、面可以把人们从繁重的体力劳动中解放出来，自动地把电能变换成所需要地机械能，另一方面也可以把人们从信息处理地繁杂的事务工作中解脱出来。因此，应用电力拖动自动控制系统可以具有以下一些优点：首先是改善生产过程中的工作条件、节约劳动力和减少原材料和能源的消耗；其次是提高生产设备的利用率、可靠性安全性及其寿命，减少故障率和重大故障的可能性；最后对于某些因生产工艺和环境条件等原因造成的不能或不宜由人进行控制的场合，可以实现过程控制等方式。 本设计的主要研究对象是直流电动机无环流可逆调速系统，以及此系统基于MATLAB的仿真研究。 本设计共分为六章，第一章主要介绍电力拖动系统的基本概况；第二章介绍了系统的主
3、要原理及方案的选择；第三章主要是主电路的参数计算与保护设计，第四章主要介绍控制电路的设计，第五章介绍了MALLAB的基本信息，第六章介绍了系统的仿真模型和结果。目 录前 言2摘 要IAbstractII第一章绪论11.1选题的目的及意义11.2直流传动系统概述11.2.1电力拖动的基本概述11.2.2 直流传动控制系统发展概况21.2.3 无环流调速系统简介21.2.4 控制系统的计算机仿真31.3设计主要内容41.4论文的结构4第二章 系统总体设计方案52.1系统方案选择52.1.1供电电路选择52.1.2调速方案的选择52.1.3可逆方案的选择62.1.4 控制方案的选择62.2系统原理7
4、第三章主电路设计103.1 整流电路计算103.2保护设计113.2.1过电压保护113.2.2过电流保护12第四章 控制电路设计134.1控制系统工作流程134.2晶闸管触发电路134.3电流调节器的设计144.3.1电流调节器的作用154.3.2电流调节器的结构154.3.3电流调节器的时间常数164.3.4电流调节器的实现164.3.5电流调节器的参数计算174.3.6电流调节器额近似条件检验184.3.7电流调节器的电阻和电容计算184.4转速调节器设计184.4.1转速调节器的作用194.4.2转速调节器的传递函数194.4.3转速调节器器结构的选择194.4.4转速调节器的实现21
5、4.4.5电流调节器的时间常数214.4.6电流调节器的参数计算224.4.7转速调节器的近似条件检测224.4.7转速调节器的电阻和电容计算234.5无环流逻辑装置的设计234.5.1逻辑控制器的工作原理234.5.2逻辑控制器的组成244.5.3 DLC输入输出逻辑控制表26第五章MATLAB的基本知识285.1MATLAB的介绍285.2 MATLAB（Sumilink）的介绍295.3 Simulink 使用305.3.1 Simulink定义305.3.2 Simulink的模块库介绍305.3.3 Simulink功能模块的处理30第六章系统建模及仿真326.1 逻辑无环流可逆调速
6、系统的建模326.1.1逻辑控制器的建模与封装326.2.2整个逻辑系统建模336.2.系统主要仿真参数346.3仿真波形356.3.1逻辑无环流可逆系统工作情况356.3.2逻辑控制器的输入输出信号37结论39致 谢40参考文献41摘 要直流电动机具有良好的起制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，它是交流拖动控制系统的基础，所以首先应该掌握直流系统。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统，位置随动系统，张力控制系统，多电动机同步控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速
7、来实现的，因而调速系统是最基本的拖动控制系统。在许多生产机械中，常要求电动机既能正反转，又能快速制动，需要四象限运行的特性，此时必须采用可逆调速系统。本文介绍了逻辑无环流可逆直流调速系统的基本原理及其构成，并对其控制电路进行了计算和设计。运用了一种基于Matlab的Simulink和Power System工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真新方法，实现了转速电流双闭环逻辑无环流直流可逆调速系统的建模与仿真。重点介绍了无环流逻辑切换装置及其建模，给出了直流可逆调速系统的仿真模型和仿真结果，实验结果表明仿真结果非常接近理论波形，可信度较高。关键词:逻辑无环流可逆调速;直流电机;Matlab仿真A
8、bstract The DC motor has a good starting and braking performance, easy to smooth the governor, in a broad range has been widely applied in the field of high-performance controllable electric drive. DC drive control systems in the theory and practice more mature, it is the foundation of the AC Drive
9、control system should first master the DC system. The control of physical quantities from the production machinery, electric drive automatic control system has a speed control system, position servo system, tension control system, multi-motor synchronous control system and other types, a variety of
10、systems are often by controlling the speed to achieve, and thus the speed control system is the most basic drag control systems. In many production machinery, and often require the motor not only rotating, but also rapid braking, you need four-quadrant operation characteristics, must be reversible s
11、peed control system. This article describes the basic principle of logic without circulation reversible DC drive system and its components, and control circuit calculation and design. Use based on Matlab Simulink and Power System Toolbox, system-oriented electrical schematic block diagram simulation
12、 new method to achieve the speed of current dual closed-loop logic circulation DC SR System Modeling and Simulation. Highlights without circulating logic switching devices and their modeling, DC SR system simulation model and simulation results and experimental results show that simulation results a
13、re very close to the theoretical waveforms, high credibility.Keywords: logic circulation reversible speed; DC motor; Matlab simulation第一章 绪论1.1选题的目的及意义直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控 制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。直流电动机具有良好的起制动性能，
14、易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以首先应该掌握好直流系统。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统，位置随动系统，张力控制系统，多电动机同步控制系统等多种类型，而各种系统往往都通过控制转速来实现的，因而调速系统是最基本的拖动控制系统。在许多生产机械中，常要求电动机既能正反转，又能快速制动，需要四象限运行的特性，此时必须采用可逆调速系统。当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不是很高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直
15、流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流控制可逆系统。直流调速系统在理论上和实践上都比较成热，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。因此，直流调速系统的应用研究有实际意义在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节并且要求有良好的静、动态性能。由于直流电动机具有极好的运行性能和控制性.尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位. 由于全数字直流调速系统的出现，目前，直流调速系统仍然是自动速系统的主要形式。1.2直流传动系统概述1.2.1电力拖动的基本概述现代工业生产中，大多数生产机械都采用电力拖动。随着生产科学技术的发展，电力拖动及其自动化得到不断的发展。电力拖动系统为电
