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1、学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年解密后
2、适用本授权书。2、不保密 。作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 目 录摘要3前言4第1章 绪论511 课题的来源、研究背景及意义51.2 相关课题的发展历史61.2.1 DCS的发展历程61.2.2 PLC的诞生和发展71.2.3 PC技术推动了工控机技术的发展71.2.4 现场总线控制系统81.3 国内外的主要研究工作和研究成果81.4 本文主要开展的研究工作9第2章 方案设计101.1 直流调速方法101.2 直流调速系统可用的可控直流电源101.3晶闸管整流装置电路接线联结型式的选择101.4 触发电路的选择111.5 调速系统的类型111.5.1 开环调速系统111.5.2
3、 闭环调速系统121.6 方案选择14第3章 调速系统性能指标153.1 系统对转速控制的要求153.2 调速性能指标（稳态指标）16第4章 转速、电流双闭环调速系统原理174.1 转速、电流双闭环调速系统的组成174.2 稳态结构框图和静特性174.3 双闭环直流调速系统的数学模型与性能分析204.3.1 晶闸管触发电流和整流装置的数学模型204.3.2电流与电压间、感应电势与电流之间的数学模型214.3.3 测速、电流反馈环节224.3.4 调速系统的动态结构图224.3.5 双闭环调速系统突加给定电压时的起动过程234.3.6 双闭环调速系统的动态性能25第5章 主电路计算255.1 变
4、压器参数计算255.2 晶闸管参数计算275.2.1 晶闸管额定电压275.2.2 晶闸管额定电流27第6章 双闭环系统调节器的设计296.1 确定系统时间常数296.2 电流调节器的设计296.2.1 电流环的简化296.2.2确定时间常数306.2.3选择电流调节器的结构306.2.4 传递函数参数计算316.2.4 校验近似条件326.2.5 计算调节器电阻和电容326.3 转速环的设计336.3.1 确定时间常数：336.3.2 结构选择336.3.3 传递函数参数计算346.3.4 校验近似条件和性能指标346.3.5计算调节器电阻和电容35第7章 调速系统的仿真367.1 仿真模型
5、的建立367.3 转速环的仿真设计38致谢42参考文献43基于V-M的双闭环直流运动控制系统设计及校正学 生：黄觉鸿指导教师：曾孟雄 教学单位：机械与材料学院摘要：本文主要介绍电流、转速双闭环直流调速系统的设计，在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。首先确定整个设计的方案和框图。然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数计算。最后，重点设计直流电动机调速控制器电路，在系统中设置电流调节器和转速调节器，先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，最后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析。关键词： 双闭环； 电流调节器；转速调节器；MA
6、TLAB/SIMULINK；仿真 Double-loop；the current regulator；the speed regulator；MATLAB/SIMULINK；simulationWhat this article elaborates is the design of “the rotational speed, the electric current double closed loop cocurrent velocity modulation system” . In the design, the main circuit control system using t
7、hree-phase full controlled bridge rectifier circuit as electricity supply1. Firstly , determined the design scheme and diagram. Then determined the structure of power circuit and the design of components and the parameter calculation . Finally, focused on the design of DC motor speed controller circ
8、uit, The current regulator and speed regulator is set up in the system, at first determined its structure , the design of various components, and the calculation of its parameters. Finally, used MATLAB/SIMULINK to carry on Simulation Analysis of the whole control system.2前言电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化
9、工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。直流电动机因具有良好的起、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了广泛应用。晶闸管问
10、世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管电动机调速系统（简称V-M系统）3。采用速度、电流双闭环直流调速系统,可以充分利用电动机的过载能力获得最快的动态过程，调速范围广，精度高，和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性，动态和静态性能均好，且系统易于控制。双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流；该系统可以自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动的影响；且采用双闭环控制提高了系统的阻尼比，因而较之单闭环控制具有更好的控制特性。尽当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中V-
11、M系统的应用还是有相当的比重。所以以此为课题进行研究具有一定的实用价值。近30年来，电力拖动系统得到了迅猛的发展。但技术革新是永无止尽的，为了进一步提高电动机自动控制系统的性能，有关研究工作正围绕以下几个方面展开：1）采用新型电力电子器件2）应用现代控制理论3）采用总线技术4）内含嵌入式操作系统的控制器正在进入电动机控制领域本课题基于W-M的双闭环直流运动控制系统设计及校正所涉及的调速方案本质上是改变电枢电压调速。该调速方法可以实现大范围平滑调速，是目前直流调速系统采用的主要调速方案。但电机的开环运行性能（静差率和调速范围）远远不能满足要求。按反馈控制原理组成转速闭环系统是减小或消除静态转速降
12、落的有效途径。转速反馈闭环是调速系统的基本反馈形式。可要实现高精度和高动态性能的控制，不仅要控制速度，同时还要控制速度的变化率也就是加速度。由电动机的运动方程可知，加速度与电动机的转矩成正比关系，而转矩又与电动机的电流成正比。因而同时对速度和电流进行控制，成为实现高动态性能电机控制系统所必须完成的工作。因而也就有了转速、电流双闭环的控制结构。4第1章 绪论11 课题的来源、研究背景及意义许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖
13、动系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电
14、流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。 随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了
15、解和研究。本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统。1.2 相关课题的发展历史控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等。1.2.1 DCS的发展历程70年代中期，由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参 数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶
