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1、毕 业 论 文题 目： 带钢冷轧机直流调速系统设计与仿真 英文题目：The strip of cold rolling mill dc speed control system design and simulation 二零 年 月 日1摘 要作为电力传动的主要动力设备，根据不同的工作要求，对转速有特殊限制来满足特定的生产需求。直流电动机控制性能好，加上双闭环调速的介入，使启动性能和抗干扰性能大大改善。做好双闭环调速系统的研究十分重要。目前直流电动机的调速较多采用了电流和转速双闭环控制。且转速调节器采用了PI调节，既可以保证动态稳定，而且可以消除静态误差，另外通过引入电流截至负反馈还能限制电
2、流冲击。电流和转速分开控制，从而得到了较好的动静态特性。依据电流和转速两个调节器构成直流电动机双闭环调速系统，建立数学模型，分析启动过程和抗干扰调解过程，并依据要求设计电流调节器和转速调节器，在进行必要的硬件电路的设计与调试，最后运用MATLAB软件进行电流环和转速环的动作仿真。关键词:双闭环；直流电动机调速；转速调节器；MATLAB1ABSTRACT As the main motive power transmission equipment, according to the different requirements of speed limit, to meet the speci
3、al needs of specific production. Dc motor control performance is good, plus double closed loop speed regulation, make start-up performance and anti-jamming performance improved. Do double closed loop speed regulation system of study is very important.Currently the dc current and speed is more USES d
4、ouble closed loop speed. And the speed regulator USES PI, can guarantee dynamic stability, and can eliminate static error, through introducing the current negative feedback can also limited by current shock. Current and speed control, separate to obtain better dynamic and static characteristics.Acco
5、rding to the current and speed regulator constitute two dc double closed loop speed regulation system, the mathematical model is analyzed, and the anti-interference mediation process start-up process, and according to the requirements and the design of speed regulator, current regulator in the hardw
6、are circuit to the design and debug, finally using MATLAB software current loop and the movement speed loop simulation.Key Words: double closed loop speed; DC current regulator; the speed regulator; MATLAB目 录绪论11.1 概述12冷轧机的概念22.1.1冷轧机简介22.1.2工作原理22.2直流调速系统的概述22.2.2固有机械特性32.2.3开环控制和闭环控制32.3直流调速方式32.3
7、.1研究背景32.4我国冷轧的发展历史42.4.1应用现代控制理论42.4.2采用总线技术42.4.3内含嵌入式操作系统的控制器正在进入电动机控制领域42.5冷轧机的发展52.7 本课题采用的技术方案及技术难点63 系统总体方案73.1 三相桥式整流电源73.2 整流装置的放大系数和传递函数83.3 稳态结构框图和静态特性103.3.1 转速调节器不饱和103.3.2 转速调节器饱和113.4 各变量的稳态工作点和稳态参数计算114 电流和转速调节器的设计与选择134.1 双闭环调速系统数学模型的建立134.1.1 电流环结构的简化134.1.2 确定时间常数144.2 转速调节器的设计144
8、.3 确定时间常数164.4 选择转速调节器结构与参数165 双闭环调速系统仿真185.1概述185.2 系统动态结构的MATLAB仿真185.3 仿真模型的建立205.4 系统的整体结构的仿真215.5流电压源模块对话框225.6仿真图形24总 结26致 谢27参考文献28附录129附录232绪论1.1 概述带钢冷轧机是对冷轧钢筋进行冷拉，冷轧，可以提高抗拉位，抗压的同时，使其然保留足够的钢的延伸特性，使冷轧钢筋的轧扁厚度，界面宽厚比，面缩效率和节距等四项材质指标具有强大的抗拉强度，延长效率和冷弯的作用。如果在冷轧机的轧制过程中需要调速时，可采用直流电动机。这是因为直流电机由于其调速的控制方
9、法简易而获得了广泛的应用，其控制规律容易理解，并且便于通过线性控制系统的分析方法去解决工程设计的实际问题。电力电子技术的发展为直流电机提供了多种多样的供电电源，进而也使其控制精度进一步得到了提高，而且也促进了交流调速技术的发展，而交流调速的现代控制的基本规律和直流电机又有相同之处，因而研究直流电机将为交流电机的控制提供一定的基础。薄板、带钢的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志。冷轧钢板的生产主要是采用36机架的多辊冷轧机，特点是生产率高，机械化、自动化程度高，产品质量好。连轧机仅适用于产量大，品种规格单一的钢种冷轧生产，而对于生产量较小、质量要求较高、品种规格复杂的高合金钢和合金冷轧带材
10、，采用连轧机并不恰当，而大多采用多辊可逆轧机。带钢冷轧机生产线上除了五机架连轧机主体设备外，还包括头部的上料设备、开卷机以及尾部卷取机，有的在轧制头部还有矫直机、焊接机以及活套等设备。这些设备要要步调一致，密切配合，以保证连轧机位置控制、厚度控制、张力控制、速度控制以及板形控制的顺利进行。五机架冷连轧机的出现必须有自动控制和以计算机技术为基础。冷轧机最初是在二辊、四辊基础建立起来的，科学技术和工业的发展需要极薄带材，原有低辊数轧机已经不能满足要求，因为轧辊本身的弹性压扁值往往比所需轧制带材厚度还要大，而轧辊的弹性压扁是与辊径成正比的。当轧辊材质一定时，要降低轧辊弹性压扁就必须减小辊径，而辊径的
11、减小又会出现刚性不够的矛盾。为此，多辊轧机出现以提供良好刚性的塔形支撑辊系。多辊轧机发展很快，根据加工工艺要求，有八辊、十二辊、二十辊等。开卷机作为连轧设备的首端，需要可逆工作，既需要转速控制又需要张力控制。当开卷机工作于换卷引带或断带时，系统外环即速度环调机器投入工作，这是一个速度调节系统；当带材咬入后，产生张力，使ASR的反馈小于给定值，处于饱和状态，其限幅值就是张力给定值，系统作为一个恒功率调剂系统而工作，维持张力恒定。本设计采用转速、电流双闭环逻辑无环流调速。12冷轧机的概念2.1.1冷轧机简介轧机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备包括有主要设备辅助设备起重运输设备
12、和附属设备等。现代轧机发展的趋向是连续化、自动化、专业化,产品质量高,消耗低。用于连续铸轧、控制轧制等新轧制方法，以及适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧机都在发展中。冷轧机是将级热轧Q235圆钢经冷拉、冷轧轧制出成品形似螺旋状的钢筋的轧制设备。冷轧机设备在轧制冷轧带肋钢筋的过程中可对母材的经纬方向同时进行冷加工，在保留原截面中心区域品体的相对平衡和稳定的前提下，在提高抗位、抗压的同时，仍保留足够的延伸性能，从而使得冷轧带肋轧钢筋的几何参数（轧扁厚度、截面宽厚比，面缩率和节距）和四项材质指标（抗拉强度，条件屈服值，伸长率和冷弯）可用于一级安全等级的重要工业与民用建筑，节约用钢量
13、，降低建筑价格。 2.1.2工作原理 采用电动机拖动钢筋，利用冷轧机的承重辊、工作辊共同将力施加到钢筋的两个面上。通过改变两个轧辊间隙的大小实现轧制出不同直径冷轧带肋钢筋的目的, 如果在冷轧机的轧制过程中需要调速时，可采用直流电动机。2.2直流调速系统的概述调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一中系统。目前对调速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动,简称为直流调速。早在20世纪40年代采用的是发电机电动机系统,又称放大机控制的发电机电动机组系统.这种系统在40年代广泛应用.但是它的缺点是占地大,效率低,运行费用昂贵,维护不方便等,特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机
14、.为了克服这些缺点,50年代开始使用水银整流器作为可控变流装置.这种系统缺点也很明显,只要是污染环境,危害人体健康.50年代末晶闸管出现,晶闸管变流技术日益成熟,使直流调速系统更加完善.晶闸管电动机调速系统已经成为当今主要的支流调速系统,广泛应用于世界各国。近几年,交流调速飞速发展,逐渐有赶超并代替直流调速的趋势.直流调速理论基础是经典控制理论,而交流调速主要依靠现代控制理论.经典控制理论是现代控制理论的基石,直流调速的研究同样也是交流调速研究的前奏.在研究直流调速之前,先来了解一些有关的基本理论和基本概念。2.2.1 直流调速系统的基本概念他励直流电动机的机械特性是一条下倾的直线,而其他的电
15、动机的机械特性虽然不一定都是直线,但也基本上是下倾的.转距增大,转速也下降.但是对于不同的机械特性,其转速的下降程度不同.为了衡量转速的下降才程度,也引入了硬度这个概念.根据机械特性曲线的斜率不同,可把它们分为绝对硬特性和软特性.绝对硬特性使用与直流复励全补偿系统,硬特性使用于他励,并励电机.软特性使用于串励,他励主回路串电阻系统.2.2.2固有机械特性根据他励直流电动机固有机械特性条件,其固有机械特性方程为; 式(1-1)2.2.3开环控制和闭环控制调速系统输出量转速n和输入量给定电压Ugn之间没有任何直接联系,这样的调速系统称为开环调速系统.如果输出量n被反馈到输入端,通过反馈环节构成闭环回路,则称之为闭环调速系统.当然,反馈量还有其他形式.2.3直流调速方式直流调速基本上有三种方案,电枢串电阻,改变电源端电压,减弱磁通.其中以调压调速方式最好,调速范围广,调节平滑。2.3.1研究背景可
