【正文】 ................................................................................24 系統(tǒng)空載運行時仿真結果 ....................................................................................24 電機串電感運行時仿真結果 ................................................................................25 系統(tǒng)帶負載運行時仿真結果 ................................................................................25 系統(tǒng)帶轉速微分負反饋時仿真結果 ....................................................................26 6 總結 .................................................................................................................................28 致 謝 ...................................................................................................................................29 參考文獻 .............................................................................................................................30 I I I I 摘 要 在電力拖動系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)電壓的直流調(diào)速是應用最廣泛的一種調(diào)速方法，除了利用晶閘管整流器獲得可調(diào)直流電壓外，還可利用其它電力電子元件的可控性，采用脈寬調(diào)制技術，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成極性可變 、 大小可調(diào)的直流電壓，用以實現(xiàn)直流電動機電樞兩端電壓的平滑調(diào)節(jié)，構成直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 。 隨著電力電子器件的迅速發(fā)展，采用門極可關斷晶體管 GTO、全控電力晶體管 GTR、 PMOSFET、絕緣柵晶體管 IGBT 等一些大功率全控型器件組成的晶體管脈沖調(diào)寬型開關放大器（ Pulse Width Modulated）已逐步發(fā)展成熟，用途越來越廣。 本文 在 介紹 雙閉環(huán)直流PWM 調(diào)速 系統(tǒng)原理基礎上 ， 根據(jù)系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能指標采用工程設計方法設計調(diào)節(jié)器參數(shù)。調(diào)速方案的優(yōu)劣直接關系到系統(tǒng)調(diào)速的質(zhì)量 ， 據(jù)電機的型號及參數(shù)選擇最優(yōu)方案 ， 以確保系統(tǒng)能夠正常 、 穩(wěn)定地運行。并運用 MATLAB 的 Simulink 和 Power System 工具箱、面向系統(tǒng)電氣原理結構圖的仿真方法 ， 實現(xiàn)了轉速電流 雙閉環(huán)直流 II II II II PWM 調(diào)速 系統(tǒng)的建模與仿真。文章重點介紹了調(diào)速系統(tǒng)的建模和 PWM 發(fā)生器、直流電機模塊互感等參數(shù)的設置 。給出了 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)的仿 真 模型和仿真結果 ，驗證了仿真模型及調(diào)節(jié)器參數(shù)設置的正確性。 關鍵詞 ： 直流 電機 調(diào)速 ； PWM； 雙閉環(huán) ； MATLAB III III III III IV IV IV Abstract In the electric drive system, The DC Driving System which adjusts voltage is the widest used in the speed control methods. Besides to use the thyristor rectifier to adjust DC voltage, also it could use the other power electronic ponents’ controlled performance. Using pulse width modulation technology. Directly to modulate the constant DC voltage into variablepolarity,size adjustable DC voltage. to achieve the smooth regulation of the dc motor voltage. Constituting a DC motor PWM speed control system. With the rapid development of the electronic devices, The transistortype pulsewidthmodulated switching amplifier which posed of GTO, GTR, PMOSFET, IGBT, such as these Highpower fullcontrolled devices, had been gradually developed,and became widly used. According to dynamic and static performance the method uses engineering design to set parameters of controllers based on principle of Double Close Loop PWM speed system. V V V Governor the pros and cons of the program directly related to the quality of the system governor, according to the motor model and parameters to choose the best program to ensure that the system to normal, stable operation. The approach using electrical principle and toolbox of simulink and power system in MATLAB has pleted the modeling and simulation of system. The model of simulation and parameters controllers and PWM generator is introduced emphatically, As well as mutual inductance parameter in DC motors. The results of simulationale obtained and the results are close to actual situation it shows the correction of the model and parameters of controllers. Key words： DC motor speed control。 PWM。 Double Close Loop。 MATLAB VI VI VI 1 1 1 1 緒論 本課題研究的意義 直流電機是最常見的一種電機，在各領域中得到廣泛應用。研究直流電機的控制和測量方法，對提高控制精度和響應速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。不同領域?qū)τ陔姍C的調(diào)速性能有著不同的要求，因此，不同的調(diào)速方法有著不同的應用場合 [1]。如今，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，許多行業(yè)的規(guī)模越來越大，直流電機仍然有著不可替代的作用，如鐵路直流機車直流牽引電機、地鐵機車直流牽引電機、機車直流輔助電機、礦用機車直 流牽引電機、船用直流電機、軋鋼電機等等 。 而直流電機的調(diào)速一直是國內(nèi)外研究的熱點，如何更好的實現(xiàn)對直流電機調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化控制更是重中之中 。 直流調(diào)速是指人為地或自動地改變直流電動機的轉速 ,以滿足工作機械的要求。從機械特性上看 ,就是通過改變電動機的參數(shù)或外加電壓等方法來改變電動機的機械特性 ,從而改變電動機機械特性和工作特性的交點 ,使電動機的穩(wěn)定運轉速度發(fā)生變化。直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在 各種 需要 2 2 2 高性能可控電力拖動領域應用歷史悠久。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和實踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。 轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好 ， 應用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng) 。 采用轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調(diào)速特性。轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律 、 性能特點和設計方法是各種交、直流電力拖動自動控制系統(tǒng)的重要基礎。 通過對轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關內(nèi)容。在對其各種性能加深了解的同時，能 夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場合，提高其使用效率。并以此為基礎，再對交流調(diào)速系統(tǒng)進行研究，最終掌握各種交、直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，使之能夠應用于國民經(jīng)濟各個生產(chǎn)領域。 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)在上世紀七十年代在國外一些發(fā)達國家興起，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)成熟，在二十一世紀已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化與智能化。我國在直流調(diào)速產(chǎn)品的研 3 3 3 發(fā)上取得了一 定的成就，但和國外相比仍有很大差距。我國自主的全數(shù)字化直流調(diào)速裝置還沒有全面商用，產(chǎn)品的功能上沒有國外產(chǎn)品的功能強大。而國外進口設備價格昂貴，也給國產(chǎn)的全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置提供了發(fā)展空間。目前，發(fā)達國家應用的先進電氣調(diào)速系統(tǒng)幾乎完全實現(xiàn)了數(shù)字化，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)已經(jīng)普遍的應用到了各類儀器儀表，機械重工業(yè)以及輕工業(yè)的生產(chǎn)過程中。隨著全球科技日新月異的發(fā)展，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢也向著控制的數(shù)字化，智能化和網(wǎng)絡化發(fā)展。而在我們國內(nèi)，雙閉環(huán)控制也已經(jīng)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展時期，已經(jīng)基本發(fā)展成熟，目前的趨勢仍是追趕 著發(fā)達國家的腳步，向著數(shù)字化發(fā)展。國外主要電氣公司如瑞典的 ABB 公司、德國的西門子公司、 AEG 公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國的 GE 公司、西屋公司等，均已經(jīng)開發(fā)出多個數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標準化、模板化的應用產(chǎn)品。 我國從 20 世紀 60 年代初試制成功第一只硅晶閘管以來，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用。目前，晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國國民經(jīng)濟各部門得到廣泛的應用。我國關于數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的研究主要有 ： 綜合性最優(yōu)控制， 4 4 4 補償 PID 控制， PID 算法優(yōu)化，也有的只應用模糊控 制技術。隨著新型電力半導體器件的發(fā)展， IGBT(絕緣柵雙極型晶體管 )具有開關速度快、驅(qū)動簡單和可以自關斷等優(yōu)點 ， 克服了晶閘管的主要缺點。因此我國直流電機調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制（ pulse width modulation,簡稱 PWM）方向發(fā)展。 本課題研究的主要內(nèi)容 本 課題 設計了一個轉速、電流雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設置了電流調(diào)節(jié)器以及轉速調(diào)節(jié)器