【正文】 編 號： 審定成績： 畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目：MATLAB仿真軟件在電力拖動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用（單閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計、仿真）摘 要　　本文先對運動控制系統(tǒng)、計算機仿真技術(shù)、自動調(diào)速系統(tǒng)以及MATLAB軟件進行了簡要介紹，并對調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能指標進行了初步分析。然后著重闡述了兩個調(diào)速系統(tǒng)——單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計建模及其參數(shù)的設(shè)置。最后對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行了簡要介紹。文中對著重分析了有靜差轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)原理和閉環(huán)控制系統(tǒng)的特性。在有靜差調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將比例放大環(huán)節(jié)換成了比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，利用MATLAB對比例積分調(diào)節(jié)器進行了參數(shù)校正，從而消除了靜差。接著介紹了直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)和直流電動機的PWM（Pulse Width Modulation）調(diào)速原理。設(shè)計過程中，采用面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖的方法對系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)參數(shù)進行計算并建立數(shù)學模型，結(jié)合SimPowerSystems工具箱，畫出了系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并分別對單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)、帶電流截止環(huán)節(jié)的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)以及PWM調(diào)速系統(tǒng)進行仿真調(diào)試，并做出了分析和比較。結(jié)果證明各環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)計達到了設(shè)計要求，并且系統(tǒng)顯示出良好的調(diào)速性能、抗擾動能力等?！娟P(guān)鍵詞】直流調(diào)速系統(tǒng) MATLAB 單閉環(huán) 轉(zhuǎn)速負反饋 ABSTRACTFirst and foremost, the article briefly introduced motionregulating systems, puter simulation technology, automatic speedregulating system and MATLAB software, and the steadystate and dynamic performance of speedregulating system carried out a preliminary analysis. Besides, it elaborated the model designing and parameter settings of two speedregulating system which are single closeloop DC speedregulating system and DC PWM speedregulating. Last but not least, doubleloop DC speedregulating system was introduced. The article highlighted the principle of speed feedback speedregulating system with static error and the characteristics of closeloop control system. Comparing with the speed feedback speedregulating system with static error, speed feedback speedregulating system without static error killed the static error by replacing the proportion link with proportion integral regulator, in which the Proportion Integral was corrected with the MATLAB software. Further more, the article introduced a DC pulse width modulation speedregulating system and the principle of DC motor pulse width modulation speedregulating.In the designing process, it calculated the parameters of each link of the system by the method electric principle diagram and built the math model, and drew a block diagram of the system dynamics. Combining with the SimPowerSystem toolbox, it simulated the single closeloop speed feedback system, the single closeloop speed feedback system with current cutting link and the pulse width modulation speedregulating system, and debugged them. What’s more, it made a contrast and analysis. The result proved that its parameters of each link met the designing request. Further more, the systems were will in speedregulating performance, antidisturbance ability and so on.【Key words】DC speedregulating system MATLAB single closeloop speed feedback 目 錄前 言 1第一章 緒論 2第一節(jié) 運動控制系統(tǒng)概述 2一、運動控制系統(tǒng)及其分類 2二、運動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及其應(yīng)用 2三、運動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 3第二節(jié) 自動調(diào)速系統(tǒng)概述 4一、直流調(diào)速控制技術(shù)發(fā)展概況 4二、交流調(diào)速控制技術(shù)概況 4第三節(jié) 控制系統(tǒng)的計算機仿真 5一、計算機仿真發(fā)展簡史 5二、MATLAB仿真軟件的發(fā)展現(xiàn)狀 5第四節(jié) 調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)指標 6一、穩(wěn)態(tài)性能指標 7二、動態(tài)性能指標 9第五節(jié) 本章小結(jié) 10第二章 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其MATLAB仿真 12第一節(jié) 設(shè)計要求與系統(tǒng)性能指標 12第二節(jié) 直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 12一、系統(tǒng)的組成和工作原理 12二、開環(huán)系統(tǒng)的機械特性[1] 13第三節(jié) 直流電動機單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 14一、轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 14二、反饋控制規(guī)律 15三、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計算 17四、轉(zhuǎn)速負反饋控制單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型 18五、轉(zhuǎn)速負反饋控制單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的物理模型 27六、電流截止負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)計算 29七、電流截止負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的物理模型 31第四節(jié) PWM直流電動機單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 32一、直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真 32第五節(jié) 本章小結(jié) 34第三章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡述 35第一節(jié) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 35第二節(jié) 轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的特性 36一、轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用 38第三節(jié) 本章小結(jié) 38結(jié) 論 39參考文獻 40前 言運動控制系統(tǒng)主要研究的對象之一就是調(diào)速。而調(diào)速從大的方向分，可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。到目前為止，直流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)相當完善，長期以來直流調(diào)速系統(tǒng)一直處于壟斷地位。近年來交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展迅速，目前，在很多行業(yè)已經(jīng)取代了直流調(diào)速。但交流調(diào)速技術(shù)還不夠完善，技術(shù)不夠成熟，但相當一部分行業(yè)中，直流調(diào)速系統(tǒng)依然得到廣泛應(yīng)用。所以，直流調(diào)速系統(tǒng)依然很有研究價值。雖然直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)相當完善，但對于很多學者而言也不是沒有可創(chuàng)新之處。本文主要研究的就是直流調(diào)速系統(tǒng)。當然，限于篇幅和設(shè)計要求，本文只對直流單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)、帶電流截止直流單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)和PWM（Pulse Width Modulation）直流單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)進行仿真研究。本文使用的仿真軟件是MATLAB及其Simulink工具箱。當今，MATLAB是風靡全球的仿真軟件之一，它覆蓋學科廣，程序編寫簡單，操作界面人性化，易于學習。在調(diào)速系統(tǒng)仿真研究中得到廣泛應(yīng)用。本文將主要應(yīng)用MATLAB/Simulink/SimPowerSystem工具箱，利用面向電氣原理圖的方法，對調(diào)速系統(tǒng)進行仿真研究，以期得到預期結(jié)果。當然，直流調(diào)速系統(tǒng)不只以上三種，在實際中應(yīng)用更多的還是雙閉環(huán)及至多閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。但它們都是以前述三種調(diào)速系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，本文將在文章末尾用一個章節(jié)簡短、概括介紹雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。由于作者學識有限，在文中如有不當之外，請讀者多多指教。第一章 緒論第一節(jié) 運動控制系統(tǒng)概述一、運動控制系統(tǒng)及其分類運動控制系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設(shè)備——電動機為被控對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論指導下組成的電力傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)運動機械的運動要求。運動控制系統(tǒng)的種類繁多，用途各異[1]。1　 按被控物理量分。以轉(zhuǎn)速為被控量的系統(tǒng)叫調(diào)速系統(tǒng)；以角位移或直線位移為被控量的系統(tǒng)叫位置隨動系統(tǒng)，有時也叫伺服系統(tǒng)。2　 按驅(qū)動電動機的類型分。用直流電動機帶動生產(chǎn)機械的為直流傳動系統(tǒng)；用交流電動機帶動生產(chǎn)機械的交流傳動系統(tǒng)。3　 按控制器的類型分。以模擬電路構(gòu)成控制器的系統(tǒng)稱為模擬控制系統(tǒng)；以數(shù)字電路構(gòu)成控制器的系統(tǒng)稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。二、運動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及其應(yīng)用縱觀運動控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，交、直流兩大電氣傳動并存于各個工業(yè)領(lǐng)域，雖然各個時期科學技術(shù)的發(fā)展使它們所處的地位、所起的作用不同，但它們始終是隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是電力電子和微電子技術(shù)的發(fā)展，在相互競爭、相互促進中，不斷完善并發(fā)生著變化。由于歷史上最早出現(xiàn)的是直流電動機，所以19世紀80年代以前，直流電氣傳動是惟一的電氣傳動方式。直到19世紀末，出現(xiàn)了交流電動機，且解決了三相交流電的輸送和分配問題，并制成了經(jīng)濟適用的鼠籠異步電動機，才使交流電氣傳動在工業(yè)中逐步得到廣泛的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對電氣傳動在啟制動、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動態(tài)響應(yīng)等方面提出了更高要求，這就要求大量使用調(diào)速系統(tǒng)。由于直流電機的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能好，從20世紀30年代起，就開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)。它的發(fā)那過程是這樣的：由最早的旋轉(zhuǎn)變流機組控制發(fā)展為放大機、磁放大器控制；再進一步，用靜止的晶閘管變流裝置和模擬控制器實現(xiàn)直流調(diào)速；再后來，用可控整流和大功率晶體管組成的PWM控制電路實現(xiàn)數(shù)字化的直流調(diào)速，使系統(tǒng)的快速性、可靠性、經(jīng)濟性不斷提高。調(diào)速性能的