【正文】 sis)Design and Simulation of Double Loop DC Motor Control SystemByWu JieSupervised byAssociate Prof. Zhang zhenyanDepartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyMay, 2014 摘 要為了提高運動控制系統(tǒng)在實際工程中的應用效率，本文介紹了直流調速系統(tǒng)的工程設計方法[1]，利用 MATLAB軟件，對直流調速系統(tǒng)進行數(shù)學建模和系統(tǒng)仿真的研究。2） 計算公式簡明、好記。由于這個課題相對簡單，我在里面加入了相關性的內(nèi)容以豐富本課題的廣度和深度。而直流調速系統(tǒng)調速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起制動和反轉等良好的動態(tài)性能，能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)中各種不同的特殊運行要求。 直流調速系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從七十年代開始，由于晶閘管直流調速系統(tǒng)的高效、無噪音和快速響應等優(yōu)點而得到廣泛應用。晶閘管直流電動機調速系統(tǒng)為現(xiàn)代工業(yè)提供了高效、高性能的動力。從80年代中后期起，世界各大電氣公司都在競相開發(fā)數(shù)字式調速傳動裝置直流調速已經(jīng)發(fā)展到一個很高的技術水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術；控制方式采用電源換相、相位控制。 研究雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的意義，研究雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的性能。、無靜差轉速負反饋調速系統(tǒng)和帶電流截止負反饋調速系統(tǒng)的仿真結果，從而得到它們各自的不足之處，從而突出雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的優(yōu)越性以及必要性。 論文的主要研究內(nèi)容，其中包括單閉環(huán)有、無靜差轉速負反饋調速系統(tǒng)以及帶電流截止轉速負反饋調速系統(tǒng)的設計與仿真。，其中包含調節(jié)器的選擇和參數(shù)設計，相關數(shù)據(jù)計算，動態(tài)結構圖仿真，虛擬模型圖仿真，仿真結果分析等。從而使它成為在科技界廣為使用的軟件，也是國內(nèi)外高校教學和科學研究的常用軟件。仿真開始時，軟件首先自動進行被仿真電路和系統(tǒng)的初始化過程，將系統(tǒng)的框圖轉換為仿真的數(shù)學方程，建立仿真的數(shù)據(jù)結構并計算系統(tǒng)在給定激勵下的響應。Ode45 (DormandPrince)基于顯式RungKutla(4,5)和Dormand Prince組合的算法，它是一種一步解法，即只要知道前一時間點的解y(tn1)，就可以立即計算當前時間點的方程解y(tn)。簡化的基本思路是，把調節(jié)器的設計過程分為兩步:第一步，先選擇調節(jié)器的結構，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度。眾所周知，直流電動機具有良好的啟動、制動性能，宜于在寬范圍內(nèi)進行平滑無級調速。但因直流電動機具有較高的過載能力、較大的啟動轉矩和良好的啟動、制動、平滑的調速性能，可以在很寬范圍內(nèi)平滑調速，能在很短的時間里改變轉向，所以直流調速系統(tǒng)在現(xiàn)階段仍然是自動調速系統(tǒng)的主要形式[15]。 單閉環(huán)有靜差轉速負反饋調速系統(tǒng)的仿真模型 Subsystem模塊 三相對稱電壓源建模和參數(shù)設置。頻率為50Hz。由此可以得到三相對稱交流電源。平波電抗器的建模和參數(shù)設置。直流電動機勵磁繞組接直流電源DC Voltage Source，雙擊此圖標。用變量Step表示，其提取路徑為Simulink/Sources/Step,，可以看出開始負載轉矩為50，在2s后負載轉矩變?yōu)?00，負載轉矩模塊標簽改為“TL”。 平波電抗器參數(shù)設置對話框 負載轉矩參數(shù)設置電動機參數(shù)設置：雙擊電動機圖標，打開電動機參數(shù)對話框，其參數(shù)設置原則與晶閘管整流橋相同。由于同步6脈沖發(fā)生器需要三相線電壓，故取電壓測量模塊Voltage Measurement。比較環(huán)節(jié)模塊Sum提取路徑為Simulink/Math Operations/Sum，將默認參數(shù)“++”改為“+”。Constant參數(shù)設置為90，Gain參數(shù)設置為9。，單閉環(huán)無靜差調速和單閉環(huán)有靜差調速建模大部分相同，只是把轉速調節(jié)器換成了PI調節(jié)器。 單閉環(huán)無靜差轉速負反饋調速系統(tǒng)的仿真模型 PI調節(jié)器參數(shù)設置 單閉環(huán)無靜差轉速負反饋調速系統(tǒng)的仿真曲線從仿真結果可以看出來，當負載在2s后轉矩由50變?yōu)?00時，轉速下降，通過PI調節(jié)器的調節(jié)作用，使得轉矩再次恢復到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，和單閉環(huán)有靜差轉速負反饋系統(tǒng)的仿真結果比較，我們可以看出，其動態(tài)響應比比例調節(jié)器的要慢。 帶電流截止負反饋的轉速負反饋系統(tǒng)的仿真模型7仿真中選擇的算法為ode23tb，Start設為0，Stop設為5s。 簡單閉環(huán)調速系統(tǒng)的優(yōu)缺點比較通過以上三種簡單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的設計與仿真分析，可以看出來在轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)中存在一個問題，在起動、制動過程和堵轉狀態(tài)時，電樞電流會過大。通過對電流負反饋和轉速負反饋的分析。由直流電動機的運動方程可知，加速度與電動機的轉速成正比，而轉矩又和電動機的電流成正比。這就是說，把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。 轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)結構原理圖轉速、。拖動恒定負載（40N轉速反饋系數(shù)為π/3，速度限幅模塊的上限為65，下限為65。由圖可知，轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有理想的快速啟動過程：電機轉速n以恒定的加速度呈直線上升，此時的電樞電流與電磁轉矩保持最大的恒定值，幾乎呈填充系數(shù)極高的方形波，這就是時間的最優(yōu)控制。 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的仿真曲線因此，我們可以看出雙閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)的特點是電動機的轉速和電流分別由兩個調節(jié)器進行控制，并且轉速調節(jié)器的輸出是電流調節(jié)器的給定，因此電流環(huán)能夠隨轉速的偏差調節(jié)電動機電樞的電流。 VM直流調速系統(tǒng)的設計與仿真晶閘管電動機調速系統(tǒng)（簡稱VM系統(tǒng)，又簡稱靜止的WardLeonard系統(tǒng)）。4極；Ra=；GD2=22Nm2，勵磁電壓220V，勵磁電流If=。過載倍率λ=，轉速反饋濾波時間常熟Ton=。 1）電動機參數(shù)計算 勵磁電阻為：勵磁電感在恒定磁場控制時可取0值。虛擬實驗和依據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)結構圖進行仿真的不同，在于主電路，后者晶閘管和電動機使用傳遞函數(shù)來表示，前者的晶閘管和電動機是使用SimPower Systems的模塊，而控制部分相同，但也有不少差異之處。電動機電流上升、轉速下降，轉速恢復到給定值。下面，我將對雙閉環(huán)PWMM進行進一步的設計與仿真分析。平波電抗器LP=60mH、RP=。仿真觀察系統(tǒng)轉速、電流響應和設定參數(shù)變化對系統(tǒng)響應的影響。3) 啟動仿真并觀察結果。（a)轉速響應曲線（a）圖中的轉速曲線，可以看出直流雙閉環(huán)系統(tǒng)虛擬實驗或仿真可以根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)結構圖進行，也可以用SimPower Systems的模塊來建立，從而建立虛擬實驗。電動機電流上升、轉速下降，轉速恢復到給定值。第5章 總結與展望本畢業(yè)設計的課題雖然簡單，但是為了加大本課題的廣度與深度，我參考并設計了與雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)相關的課題，這其中包括簡單的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，即單閉環(huán)有靜差直流調速系統(tǒng)、單閉環(huán)無靜差直流調速系統(tǒng)、帶電流截止負反饋直流調速系統(tǒng)、VM直流調速系統(tǒng)、PWMM直流調速系統(tǒng)等5種。脈寬調速系統(tǒng)在調速范圍、穩(wěn)定性方面有一定的優(yōu)勢[22]。這是我們進行畢業(yè)設計的目的，我為自己能夠完成這次畢業(yè)設計感到開心、驕傲。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)在現(xiàn)實生活中運用廣泛，它可以充分利用直流電動機的過載能力，使得電動機在起動過程中以接近最大允許電流運行，且電流內(nèi)環(huán)對系統(tǒng)也進行了改造，提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能。在這里，我要衷心的感謝我的導師張貞艷老師。在這四年大學里，正是由于諸多老師的關心和教育，我在專業(yè)理論知識和實踐方面都有更大的提高，為以后走向工作崗位打下基礎。最后，謹向在百忙中抽出寶貴時間來評審本論文的各位專家、老師致以誠摯的