【正文】 ................................................................................24 系統(tǒng)空載運(yùn)行時(shí)仿真結(jié)果 ....................................................................................24 電機(jī)串電感運(yùn)行時(shí)仿真結(jié)果 ................................................................................25 系統(tǒng)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)仿真結(jié)果 ................................................................................25 系統(tǒng)帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋時(shí)仿真結(jié)果 ....................................................................26 6 總結(jié) .................................................................................................................................28 致 謝 ...................................................................................................................................29 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................30 I I I I 摘 要 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)電壓的直流調(diào)速是應(yīng)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(shù)，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(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓的平滑調(diào)節(jié)，構(gòu)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(guān)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(guān)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(chǔ)上 ， 根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)采用工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)。調(diào)速方案的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)調(diào)速的質(zhì)量 ， 據(jù)電機(jī)的型號(hào)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(yùn)行。并運(yùn)用 MATLAB 的 Simulink 和 Power System 工具箱、面向系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法 ， 實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)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(diǎn)介紹了調(diào)速系統(tǒng)的建模和 PWM 發(fā)生器、直流電機(jī)模塊互感等參數(shù)的設(shè)置 。給出了 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)的仿 真 模型和仿真結(jié)果 ，驗(yàn)證了仿真模型及調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置的正確性。 關(guān)鍵詞 ： 直流 電機(jī) 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(jī)是最常見的一種電機(jī)，在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。研究直流電機(jī)的控制和測(cè)量方法，對(duì)提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。不同領(lǐng)域?qū)τ陔姍C(jī)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(yīng)用場(chǎng)合 [1]。如今，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多行業(yè)的規(guī)模越來越大，直流電機(jī)仍然有著不可替代的作用，如鐵路直流機(jī)車直流牽引電機(jī)、地鐵機(jī)車直流牽引電機(jī)、機(jī)車直流輔助電機(jī)、礦用機(jī)車直 流牽引電機(jī)、船用直流電機(jī)、軋鋼電機(jī)等等 。 而直流電機(jī)的調(diào)速一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，如何更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)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(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看 ,就是通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性的交點(diǎn) ,使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)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(dòng)領(lǐng)域應(yīng)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(dòng)系統(tǒng)無論在理論上和實(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，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(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好 ， 應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng) 。 采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。轉(zhuǎn)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(diǎn)和設(shè)計(jì)方法是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。 通過對(duì)轉(zhuǎn)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(guān)內(nèi)容。在對(duì)其各種性能加深了解的同時(shí)，能 夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對(duì)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(chǎng)合，提高其使用效率。并以此為基礎(chǔ)，再對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)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(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)在上世紀(jì)七十年代在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化與智能化。我國(guó)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(guó)外相比仍有很大差距。我國(guó)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(guó)外產(chǎn)品的功能強(qiáng)大。而國(guó)外進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，也給國(guó)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(dá)國(guó)家應(yīng)用的先進(jìn)電氣調(diào)速系統(tǒng)幾乎完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)已經(jīng)普遍的應(yīng)用到了各類儀器儀表，機(jī)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(shì)也向著控制的數(shù)字化，智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。而在我們國(guó)內(nèi)，雙閉環(huán)控制也已經(jīng)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展時(shí)期，已經(jīng)基本發(fā)展成熟，目前的趨勢(shì)仍是追趕 著發(fā)達(dá)國(guó)家的腳步，向著數(shù)字化發(fā)展。國(guó)外主要電氣公司如瑞典的 ABB 公司、德國(guó)的西門子公司、 AEG 公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國(guó)的 GE 公司、西屋公司等，均已經(jīng)開發(fā)出多個(gè)數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化的應(yīng)用產(chǎn)品。 我國(guó)從 20 世紀(jì) 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(yīng)用。目前，晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門得到廣泛的應(yīng)用。我國(guó)關(guān)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(bǔ)償 PID 控制， PID 算法優(yōu)化，也有的只應(yīng)用模糊控 制技術(shù)。隨著新型電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展， IGBT(絕緣柵雙極型晶體管 )具有開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單和可以自關(guān)斷等優(yōu)點(diǎn) ， 克服了晶閘管的主要缺點(diǎn)。因此我國(guó)直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制（ pulse width modulation,簡(jiǎn)稱 PWM）方向發(fā)展。 本課題研究的主要內(nèi)容 本 課題 設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器