【正文】 速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。3)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器[6]有下列優(yōu)點(diǎn)：1)電流一定連續(xù)。在簡(jiǎn)單的不可逆電路中電流不能反向，因而沒(méi)有制動(dòng)能力，只能單象限運(yùn)行。由于本論文只用到了可逆調(diào)速，因而在這里只對(duì)可逆調(diào)速進(jìn)行著重分析，可逆調(diào)速： 為直流電源電壓，C為濾波電容器，VT為功率開關(guān)器件，VD為續(xù)流二極管，M為直流電動(dòng)機(jī)，VT的柵極由脈寬可調(diào)的脈沖電壓驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電子開關(guān)在控制電路作用下按某種控制規(guī)律進(jìn)行通斷時(shí)，在電動(dòng)機(jī)兩端就會(huì)得到調(diào)速所需的、有不同占空比的直流供電電壓。直流脈寬調(diào)制是利用電子開關(guān)．將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成為一定頻率的方波脈沖電壓，然后再通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制改變供電電壓大小與極性．從而達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變壓調(diào)速的一種方法。系統(tǒng)低速特性穩(wěn)定調(diào)整范圍寬，且無(wú)需另加設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)速。本章主要闡述了直流電動(dòng)機(jī)的分類，詳細(xì)說(shuō)明了串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性，并給出了串勵(lì)電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的具體推導(dǎo)過(guò)程，完成了串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)建模。如果在某一采樣間隔內(nèi)對(duì)電機(jī)電樞電流進(jìn)行采樣，并認(rèn)為再改采樣間隔內(nèi)電流近似不變，則在每個(gè)采樣間隔內(nèi)，和為常數(shù)，既滿足線性方程組214至218，從而可以用經(jīng)典的控制理論對(duì)其進(jìn)行控制。因而無(wú)法用經(jīng)典的控制理論對(duì)其進(jìn)行校正。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型[5]的等效模型如圖25圖25 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的等效模型根據(jù)基爾霍夫定律可以列出以下方程： (29) (210) (211) (212) (213)其中，為電樞繞組電感，為電機(jī)的飛輪矩，為電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩函數(shù)，為阻尼系數(shù)。矩—轉(zhuǎn)速特性：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性是指時(shí) (25)從電動(dòng)機(jī)的電壓方程可知 (26)式中。這是串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。從轉(zhuǎn)矩公式可知， (22)輕載時(shí)，串勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)較小，磁路處于不飽和狀態(tài)，為常值，于是 (23)即電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流的平方成正比。所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整率定義為式中，為輸出功率等于時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這是串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。上式表明，n與大體成雙曲線關(guān)系，如圖23所示。先說(shuō)明轉(zhuǎn)速特性。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)[3]是電樞電流與勵(lì)磁電流相等，即。具有復(fù)勵(lì)方式的直流電機(jī)，主極鐵心上裝有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)是與電樞并聯(lián)的并勵(lì)繞組，另一個(gè)是與電樞串聯(lián)的串勵(lì)繞組，如圖21d所示。勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)的就是并勵(lì)式，如圖21b所示。自勵(lì)式：在自勵(lì)式發(fā)電機(jī)中，利用自身發(fā)出的電流勵(lì)磁，在自勵(lì)式電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組和電樞繞組由同一電源供電。 78第2章 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性及其建模 直流電動(dòng)機(jī)的分類 直流電機(jī)按照勵(lì)磁繞組的供電方式可以分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類[2]：他勵(lì)式：他勵(lì)式直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組由其他電源供電，勵(lì)磁繞組與電樞繞組不相連接，如圖21a所示。 最后在詳細(xì)分析調(diào)速系統(tǒng)的原理和要求的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)直流脈寬調(diào)速電路，建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 本文研究的主要問(wèn)題是，在理論分析和Matlab仿真研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)電動(dòng)游覽車直流電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)一套雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)四象限運(yùn)行，以及轉(zhuǎn)速的可逆控制，雙閉環(huán)控制。目前的發(fā)展方向是大型化和智能化。 國(guó)外在集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方面已有定型成套裝置。目前，國(guó)外主要電氣公司，如德國(guó)的西門子公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國(guó)的GE公司等，均已開發(fā)出全數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的應(yīng)用產(chǎn)品供選用。，增加品種．．目前國(guó)內(nèi)使用較多的仍然是小規(guī)模集成運(yùn)放和組件構(gòu)成的調(diào)速控制系統(tǒng)，觸發(fā)裝置甚至仍是分立元件的。從起動(dòng)和抗擾兩個(gè)方面分析其性能和轉(zhuǎn)速與電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)以達(dá)到轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制要求。由于在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。直流調(diào)速系統(tǒng)憑借優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、范圍寬、精度高、過(guò)載能力大、動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，能滿足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)中各種不同的特殊運(yùn)行要求，所以在電氣傳動(dòng)中獲得了廣泛應(yīng)用。50年代末出現(xiàn)的晶閘管，它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長(zhǎng)、維修簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。這種方法簡(jiǎn)單易行，設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。首先應(yīng)該更好地掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。但是直流調(diào)速理論基礎(chǔ)是經(jīng)典控制理論，而交流調(diào)速主要依靠現(xiàn)代控制理論。而對(duì)于可調(diào)速的傳動(dòng)系統(tǒng)，可以分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，以及國(guó)家推動(dòng)消費(fèi)的各項(xiàng)政策出臺(tái)，旅游業(yè)不斷繁榮。電動(dòng)游覽車調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 直流調(diào)速國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 2 3第2章 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性及其建模 4 直流電動(dòng)機(jī)的分類 4 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性 5 7 9第3章 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速及其雙閉環(huán)控制 10 晶體管脈寬調(diào)制的直流調(diào)速系統(tǒng) 10 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題 12 12 電流截止負(fù)反饋 14 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 17 21第4章 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)及回饋制動(dòng) 22 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)及實(shí)現(xiàn) 22 24 本章小結(jié) 27第5章 MATLAB雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的仿真 28 28 31 34 38結(jié)論 39參考文獻(xiàn) 40致謝 42附錄1 開題報(bào)告 43附錄2文獻(xiàn)綜述 47附錄3中期報(bào)告 50附錄4外文文獻(xiàn)翻譯 57附錄5外文文獻(xiàn) 66I第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景 電動(dòng)車是以電池為動(dòng)力的車輛[1]。近幾年來(lái)，由于能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大問(wèn)題的日益嚴(yán)重，加之科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展電動(dòng)車自身難點(diǎn)的不斷解決，使電動(dòng)車具有更多突出的優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)游覽車作為旅游觀光用車，市場(chǎng)需求量不斷加大，因而對(duì)于電動(dòng)游覽車核心部分——直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)與研究具有較大的可行性及較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近幾年雖然交流調(diào)速飛速發(fā)展，逐漸有趕超并代替直流調(diào)速的趨勢(shì)。經(jīng)典控制理論是現(xiàn)代控制理論的基石，直流調(diào)速的研究同樣也是交流調(diào)速研究的前奏。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速的方法有：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U、減弱勵(lì)磁磁通F、改變電樞回路電阻R。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速(即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)以上作小范圍的弱磁升速。最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電，通過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。因而，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)迅速發(fā)展，晶閘管變流技術(shù)也日益成熟，直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善。至今在金屬切削機(jī)床、軋鋼、礦山采掘、紡織、造紙機(jī)等需要高調(diào)速性能的各類可控電力拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械大多采用直流傳動(dòng)，直流調(diào)速到目前為止仍是調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。因此采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)來(lái)獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。 直流調(diào)速國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 目前，我國(guó)的直流調(diào)速控制主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行著研究． 1．提高調(diào)速的單機(jī)容量．我國(guó)現(xiàn)有最大單機(jī)容量比國(guó)外單機(jī)容量小的多。目前，國(guó)外的第四代產(chǎn)品以微處理器為基礎(chǔ)，具有控制、監(jiān)視、保護(hù)、診斷及復(fù)原等多種功能．近年來(lái)，各國(guó)學(xué)者正致力于無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)的研究，利用監(jiān)測(cè)定子電壓、電流等容易測(cè)量的物理量進(jìn)行速度估算，以取代速度傳感器，這種控制方式不需要監(jiān)測(cè)硬件，也免去了傳感器帶來(lái)的環(huán)境適應(yīng)性、安裝維護(hù)等麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了成本，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛的興趣。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制、模糊控制等各種智能控制策略正在不斷涌現(xiàn)。對(duì)復(fù)雜的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制，技術(shù)已過(guò)關(guān)，尤其使用單片機(jī)使控制更方便、可靠，更容易調(diào)節(jié)參數(shù)。此外，由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)運(yùn)行的圖形功能比較強(qiáng)，對(duì)控制過(guò)程的參數(shù)和狀態(tài)可以有更直觀的了解，便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)控和管理。其中具體介紹系統(tǒng)主電路、PWM信號(hào)發(fā)生電路、雙閉環(huán)控制電路、動(dòng)態(tài)參數(shù)等幾部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)過(guò)程。利用Matlab軟件中的Simulink工具箱對(duì)直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，并在給定系統(tǒng)各種參數(shù)的條件下，進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)字仿真，通過(guò)查看仿真波形和數(shù)據(jù)，既可獲得參數(shù)整定的依據(jù)，又可驗(yàn)證本調(diào)速系統(tǒng)是否滿足設(shè)計(jì)要求。永磁式直流電機(jī)通常亦歸屬于這一類。自勵(lì)式直流電機(jī)又可分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)等三種。勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)的就是串勵(lì)式，如圖31c所示。圖中為電樞電壓，U為電機(jī)兩端電壓為電樞電流，為勵(lì)磁電流圖21 直流電機(jī)按照勵(lì)磁方式分類a） 他勵(lì)式 b)并勵(lì)式 c)串勵(lì)式 d)復(fù)勵(lì)式第2章 串勵(lì)電機(jī)的特性及建模 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性在本論文中電動(dòng)游覽車通常使用的就是前文中所提到的串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的接線圖如圖22所示。工作特性：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性是指時(shí)，n，或n。串勵(lì)時(shí)，把電機(jī)的磁化曲線近似的用表示，則從轉(zhuǎn)速公式可知 (21)式中，為串勵(lì)繞組的電阻。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，增加時(shí)，使使電樞回路的電阻壓降增大，此時(shí)串勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)和主磁場(chǎng)亦同時(shí)增大，這兩個(gè)因素都促使轉(zhuǎn)速下降，所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載的增加而迅速下降。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載[4]運(yùn)行，因?yàn)榭蛰d時(shí)I很小，主磁通亦很小，使轉(zhuǎn)速極高，產(chǎn)生“飛車”現(xiàn)象，十分危險(xiǎn)。再看轉(zhuǎn)矩特性。隨著負(fù)載的增加，串勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)增大，磁路呈現(xiàn)飽和，此時(shí)常值，于是 (24)此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩將與電樞電流成正比。圖23中同時(shí)顯示除了串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。于是電磁轉(zhuǎn)矩 (27)由此可解出 (28)圖24表示串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性，從圖中可見(jiàn)，隨著轉(zhuǎn)矩的增加，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，這種特性稱為軟特性。由式29至式213可以看出，該方程組為非線性方程組。注意到該方程組的非線性是由反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)和電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)為電樞電流的函數(shù)造成的，如果把和視為常量，則上述非線性方程組將退化為線性方程組： (214) (215) (216) (217) (218)其中和為常量。在式214至式218所示的方程組中若忽略粘滯摩擦系數(shù)，且把視為系統(tǒng)的擾動(dòng)而暫不考慮，令,，,對(duì)上述方程組兩端取拉式變換得： (219) (220) (221)由式(220)和式(221)聯(lián)立可得： (222) 將式(221)帶入式(218) 得： (223) = = (224)由上式可以得出電壓U到電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的傳遞函數(shù)為： (225)式(225)即為串勵(lì)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。第3章 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)及回饋制動(dòng) 第3章 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速及其雙閉環(huán)控制 晶體管脈寬調(diào)制的直流調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬調(diào)制電源特點(diǎn)：電流脈動(dòng)小，電樞電流容易連續(xù)，不用在主回路中串入大電感，僅靠電樞電感就可濾波。元件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，設(shè)備效率較高。圖31 脈寬調(diào)制電路及輸出電壓脈寬調(diào)制變換器實(shí)際上就是一種直流斬波器。采用簡(jiǎn)單的單管控制時(shí)，脈寬電路被稱作直流斬波器，后來(lái)逐漸發(fā)展成用各種脈沖寬度調(diào)制開關(guān)的控制電路，而這種器件則被稱為是脈寬調(diào)制變換器(PWM)由雙極晶體管脈寬調(diào)制器(PWM)供電的直流調(diào)速電路有多種形式，主要分為不可逆與可逆兩大類。改變占空即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。需要制動(dòng)時(shí)，必須為反向電流提供通路，使用雙管交替開關(guān)電路，因?yàn)槠骄妷篣d并沒(méi)有改變極性，只能工作在第一、二象限，電路仍是不可逆的。2)可以使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。4)低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1：20000左右。 不足是：在工作過(guò)程中，4個(gè)開關(guān)器件可能都處