【正文】 直流電動機智能調(diào)速仿真研究摘要電動機作為把電能轉(zhuǎn)換為機械能的動力設(shè)備，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防軍事、交通運輸?shù)雀鱾€領(lǐng)域。電動機的調(diào)速性能，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)省電能方面有著直接的決定性影響。研究電機調(diào)速控制的先進理論方法和技術(shù)，不僅可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際要求、而且能夠提高能源的利用效率，為國民經(jīng)濟的發(fā)展做出重要貢獻。MATLAB是目前流行的控制系統(tǒng)仿真軟件。由于其強大的功能，已被廣泛運用于控制系統(tǒng)的計算、分析和設(shè)計當中，成為一種必需的工具。使用MATLAB軟件對電機調(diào)速系統(tǒng)進行仿真分析和設(shè)計，可以大大縮短控制系統(tǒng)的算法設(shè)計開發(fā)周期，有利于選擇最佳參數(shù)和設(shè)計最合理的系統(tǒng)方案。 AbstractAs the driving force equipment changing electric energy into mechanical energy,the motor has been broadly used in many fields such as industry,agriclature，nationaldefence，military affairs and traffics．Its performance of speed regulation is importantand decisive to improving product quality,labor efficacy,saving electric energy,andSO on．Researches on advanced theories，methods and technologies of motor speedcontrol system，can not only satisfy the practical need of industry production，but alsoimprove the efficiency of source utilizing，and make important contribution to thenational economy．MATLAB is the popular simulated software of controlling system．Dut to thepowerful function，it has bee the necessary tool for calculation，analysis anddesign of controlling system．Using MATLAB to simulate，analyze and design variousmotor speed regulation systems，Call shorten developing period，and is beneficial toselecting the most suitable parameters and schemes of systems．第1章緒論1．1電機調(diào)速系統(tǒng)控制根據(jù)電機使用的電源不同，可以分為交流電機和直流電機兩大種類。直流電動機具有良好的運行和控制特性，長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位。在許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、紡織、造紙等需要高性能調(diào)速的場合得到廣泛的應(yīng)用。從控制技術(shù)的角度來看，又是近年發(fā)展迅速的交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。目前，直流調(diào)速系統(tǒng)是自動調(diào)速系統(tǒng)的重要形式，特別是基于數(shù)字采集和計算機控制的直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，控制算法直接影響到控制系統(tǒng)的性能。眾所周知，直流電機具有優(yōu)越的調(diào)速性能，但由于換向器的原因，使其存在使用壽命縮短，維護工作量大的不足之處。然而，交流電機與直流電機相比，具有種種優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝維護等，因此交流電機驅(qū)動系統(tǒng)在工業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并且近年來它一直是國外很多大公司、大學(xué)研究開發(fā)的熱點。隨著工業(yè)生產(chǎn)過程的日趨復(fù)雜化，系統(tǒng)不可避免地存在非線性，如機器人系統(tǒng)、紡織過程等。盡管在很多情況下，當我們考慮系統(tǒng)的某些現(xiàn)象時，可以用系統(tǒng)的線性模型來代替系統(tǒng)的非線性模型，然后，對線性模型開展研究。但在工程技術(shù)、自然、社會、經(jīng)濟等眾多情況下，不可能用系統(tǒng)的簡單線性模型作為該真實系統(tǒng)的替身。人們必須建立真實系統(tǒng)的非線性模型來代替簡單容易處理的線性模型。1．1．1調(diào)速控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀直流電機調(diào)速性能好，起動轉(zhuǎn)矩大，長期以來被廣泛應(yīng)用于電力機車、起重機和機床等對電動機的調(diào)速性能和起動性能要求高的生產(chǎn)機械上。由于直流電機可以分別控制勵磁電流和電樞電流，因此能實現(xiàn)對磁通和轉(zhuǎn)矩的完全解耦控制。直流電機的電磁時間常數(shù)較小，使得電樞電流可以迅速變化，從而達到電磁轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。但是，由于直流電機中機械換向器的存在，導(dǎo)致直流電機中存在顯著的換向電流和速度限制，這使得直流電機難以應(yīng)用于腐蝕性比較強和易燃易爆的場合。隨著各種微處理器的出現(xiàn)和發(fā)展，國內(nèi)外對直流電機控制調(diào)速系統(tǒng)的研究也在不斷發(fā)展和完善，特別是在20世紀80年代，達到了研究的空前繁榮。目前，國外主要電氣公司，如瑞典的ABB公司、德國的西門子公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國的GE公司等，均已開發(fā)出數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標準化、模版化的應(yīng)用產(chǎn)品供選用。而在國內(nèi)，數(shù)字式直流電機調(diào)速系統(tǒng)也具有很大的市場需求?？蒲袉挝弧⒋髮Ｔ阂约捌髽I(yè)單位等，都在研究開發(fā)高性能的直流電機調(diào)速系統(tǒng)裝置。大型直流電機的調(diào)速系統(tǒng)一般采用晶閘管整流來實現(xiàn)。為了提高調(diào)速系統(tǒng)的性能，研究工作者對晶閘管觸發(fā)脈沖的控制算法作了大量研究。如Garcia和Morari于80年代初提出內(nèi)模控制的算法，由于它的設(shè)計原理簡單、參數(shù)整定直觀明了、魯棒性強、控制性能好，在控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用【1】：文【2】提出用I．P控制器取代PI調(diào)節(jié)器的方法，它可以減小轉(zhuǎn)速超調(diào)；張井崗等人【31依據(jù)內(nèi)?？刂圃?，提出了直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)?？刂品椒ǎ槍﹄p閉環(huán)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計了一種內(nèi)?？刂破?，取代常規(guī)的PI調(diào)節(jié)器，成功解決了轉(zhuǎn)速超調(diào)問題，能使系統(tǒng)獲得優(yōu)良的動態(tài)和靜態(tài)性能；自適應(yīng)PID算法和模糊PID算法等也是針對晶閘管觸發(fā)脈沖的控制提出的改進算法，并得到廣泛運用【4】。另外，姚勇濤等人【5】依據(jù)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，應(yīng)用最小二乘法，提出了直流電動機及直流調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)辨識的方法，所獲得的參數(shù)具有較高的精度，方法簡便易行?；谀：窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，設(shè)計了一種無刷直流電機的數(shù)字調(diào)速控制策略，具有很強的模糊推理和自學(xué)習(xí)能力。取得令人滿意的動靜態(tài)性能效果，具有很強的魯棒性和自適應(yīng)性，為無刷直流電機的智能控制提供了新的理論依據(jù)。孫昌志等【7】提出了一種基于嵌入式操作系統(tǒng)的無刷直流電動機模糊控制系統(tǒng)設(shè)計方法，將模糊控制和PID控制通過自適應(yīng)因子結(jié)合，在線自調(diào)整控制參數(shù)，提高了系統(tǒng)的控制精度且系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。20世紀60年代中期，德國人率先提出了脈寬調(diào)锘JJ(PWM)變頻的思想，將通信系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于變頻調(diào)速中，為現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用開辟了道路。特別是70年代以后，科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，為交流調(diào)速系統(tǒng)迅速發(fā)展提供了有利的物資基礎(chǔ)和技術(shù)條件，使得交流調(diào)速系統(tǒng)的性能可與直流調(diào)速相媲美，并有逐步替代直流調(diào)速的趨勢。交流電機變頻調(diào)速時需要進行電壓和頻率的協(xié)調(diào)控制，有電壓和頻率兩種獨立的輸入變量，如果考慮電壓是三相的，實際的輸入變量數(shù)目還要多。在輸出變量中，除轉(zhuǎn)速