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1、华北电力大学本科毕业设计（论文）基于Simulink的直流调速系统的设计与仿真摘要调速系统做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。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，所以研究直流调速系统有着十分必要和重要的意义。本文以直流调速系统为主要研究对象，首先阐明了该课题研究的目的与意义，具体介绍了开环，单闭环
2、和双闭环直流调速系统的设计和建立Matlab/Simulink 仿真模型的过程，得出转速及电流的仿真波形并与理想启动的转速及电流波形做对比。分析并比较开环，单闭环和双闭环的优缺点。关键词：直流调速系统；Simulink；开环；单闭环；双闭环IDC SPEED CONTROL SYSTEM BASED ON SIMULINK DESIGN AND SIMULINKAbstractAs todays electric drive speed control system automatic control system of the most widely used system, with th
3、e production process, and continuously improve product quality requirements and production growth, making more and more production machinery required to achieve automatic speed . Current control system has entered the computer age, has been achieved in many areas of intelligent control. DC drive sys
4、tem with excellent speed characteristics, smooth speed, wide range, high precision, large overload capacity, good dynamic performance, easy to control and good starting and braking performance, etc., can meet the production process automation system each different kinds of specific operational requi
5、rements, the study DC speed control system has a very necessary and important. In this paper, DC speed control system as the main research object, first to clarify the purpose and significance of the research, specifically describes the open-loop, single-loop and double-loop DC speed control system
6、design and build Matlab / Simulink simulation model of the process, too the speed and current simulation waveform and the ideal starting speed and current waveforms do comparison. Analyze and compare the open-loop, single loop and double loop advantages and disadvantages. Experimental results show t
7、hat the simulation speed performance with consistent theoretical derivation.Keywords: DC speed control system;Open-loop system;Single-loop system;Double-loop systemI目录摘要IAbstractII1绪论11.1 课题背景11.2概述11.3论文内容21.4本章小结22直流调速系统的理论基础32.1 Matlab/Simulink仿真软件32.2 直流调速的理论基础32.3 开环系统的电气原理62.4 单闭环系统的电气原理72.5 双
8、闭环系统的电气原理82.6 本章小结83 调速系统的建模与仿真83.1 开环调速系统的建模与仿真93.1.1 开环建模过程93.1.2 开环系统的仿真123.2 单闭环调速系统的建模与仿真143.2.1 单闭环系统的建模143.2.2 单闭环系统的仿真163.3 双闭环调速系统的建模与仿真183.3.1 双闭环系统的建模183.3.2 双闭环系统的仿真203.4 本章小结224 结论与展望23致谢24参考文献251绪论1.1 课题背景 现代化的工业过程中，几乎无处不使用电力传动装置，尤其是在石油，化工，冶金，轻工，机械等工业生产中对电动机的控制更是起着举足轻重的作用1。由此，调速系统成为当今电
9、力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统2。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3。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4。 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
10、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5。所谓交流调速系统，就是以交流电动机作为电能机械能的转换装置，并对其进行控制以产生所需要的转速。相比于直流电动机，交流电动机具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点6。1.2概述 电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器，电力电机技术的迅猛发展，促使电机控制技术水平有了突破性的提高。从20世纪60年代第一代电力电子器件晶闸管（SCR）发明至今，已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件GTR,GTO,MOSFET,第三代复合场控器件IGBT,MCT等
11、，如今正蓬勃发展的第四代产品功率集成电路（PIC）。每一代的电力电子元件也未停顿，多年来其结构和工艺不断改进，性能飞速提高，在不同应用领域它们在互相竞争，新的应用不断出现。同时电机控制技术的发展得力于微电子技术，电力电子技术，传感器技术，永磁材料技术，自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就7。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十年内发生了天翻地覆的变化。 电机调速系统采用微机实现数字化控制，是电气发展的主要方向之一8。从80年代后期起，世界各大电气公司都在竞相开发数字式调速传动装置，直流调速已发展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安装技术；控制方式采用电源换相，相
12、位控制。特别是使用微机及其他先进技术，使数字式直流调速装置具有很高的精度，优良的控制性能和强大的抗干扰能力，在国内外得到广泛的应用。数字化直流调速装置作为最新控制水平的传动方式更显示了强大优势9。 数字化直流调速系统不断推出，为工程应用提供了优越的条件。采用微机控制后，整个调速系统实现全数字化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电机稳态运行时转速精度可达到较高水平10。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑，调速范围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动，制动和反转，能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求11。1.3论文内容本文以直流调速系统为研究对象，建立了开环
13、直流调速系统，转速单闭环有静差直流调速系统和转速电流双闭环直流调速系统的模型，应用Simulink仿真软件进行仿真，在建模和仿真过程中设置各个环节的参数，再运行仿真，得出关于电机转速和电枢电流的仿真结果图。分析结果并与理论推导的调速性能进行比较。第一章绪论。本章的内容主要包括直流调速系统研究的课题背景、直流调速系统的概述。最后给出了本文的主要研究内容。第二章直流调速系统的理论基础。本章简单介绍了Matlab/Simulink仿真软件和开环、单闭环、双闭环直流调速系统的详细的电气原理，配合原理图进行说明。第三章调速系统的建模和仿真。首先是基于第二章的电气原理结构图，设计了开环、单闭环、双闭环直流
14、调速系统的仿真模型，简要的介绍了建模的步骤和参数的设置。最后运行仿真，得出仿真图并分析仿真的结果。第四章结论与展望。对研究工作进行总结并提出进一步的研究方向与主题。1.4本章小结 本章主要简要介绍了直流调速系统的课题背景和重要意义，以及直流调速系统的研究现状。直流调速是一门与国计民生紧密相连的一门应用科学，它的发展与应用于我国的现代化建设联系之密切、影响之深远是不可估量的。近几年来交流电机调速技术迅猛发展，但是直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟。因此直流调速系统的应用研究还是具有一定实际意义的 。2直流调速系统的理论基础2.1 Matlab/Simulink仿真软件Simulink是MAT
15、LAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在这种环境中，不需要大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时也有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink中。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，它被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，用户可以立即看到系统的仿真结果。用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信
