【正文】 速度發(fā)生變化。對系統(tǒng)的性能指標進行了實驗測試，表明所設計的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，具有較好的靜態(tài)和動態(tài)性能，達到了設計要求。然后按照自動控制原理，對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計參數(shù)進行分析和計算，利用Simulink對系統(tǒng)進行了各種參數(shù)給定下的仿真，通過仿真獲得了參數(shù)整定的依據(jù)。本科畢業(yè)設計論文雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設計和仿真 學 生 姓 名： 班 級： 學 號： 指 導 教 師： 所 在 單 位： 電氣工程學院 答 辯 日 期： 2007年 6月 25日摘 要直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣、精度高、動態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點，所以在電氣傳動中獲得了廣泛應用。本文從直流電動機的工作原理入手，建立了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型，并詳細分析了系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動態(tài)性能。在理論分析和仿真研究的基礎上，本文設計了一套實驗用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)主電路、反饋電路、觸發(fā)電路及控制電路的具體實現(xiàn)。采用MATLAB軟件中的控制工具箱對直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進行計算機輔助設計,并用SIMULINK進行動態(tài)數(shù)字仿真,同時查看仿真波形,以此驗證設計的調(diào)速系統(tǒng)是否可行.關(guān)鍵詞 直流電機 直流調(diào)速系統(tǒng) 速度調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器 雙閉環(huán)系統(tǒng) 仿真AbstractDC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth control in a wide range, besides its control performance is excellent. Beginning with the theory of DC motor, this dissertation builts up the mathematic model of DC speed control system with double closed loops, detailedly discusses the static and dynamic state performance of the system. Afterward, according to automation theroy this papar calculates the parameters of the system. Then, this dissertation simulates and analyzes the system by means of Simulink. The results of simulation are consistent with theory calculation. Some experience was acquired through simulation. Based on the theory and simulation, this dissertation designs a DC speed control system with double closed loops, discusses the realization of main circuit, feedback circuit, control circuit and trigger circuit. The results of experiment show that the static and dynamic state performance of this system are good, which indicate that the design can meet the analysis and design are carried out for speedcontrolling system of the dc motorby by using TOOL BOX and SIMULINK.Keywords: DC motor,DC governing system,speed governor,current governor,double loop control system,simulink 目 錄摘 要 IAbstract II第一章 緒 論 1 直流調(diào)速概念 1 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史 1 研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的目的和意義 2 本文的研究內(nèi)容 3第二章 直流調(diào)速系統(tǒng) 4 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及性能指標 4 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理 4 直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標 4 動態(tài)性能指標 6 電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析 8 雙閉環(huán)調(diào)速的工作過程和原理 8 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性 8 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型和動態(tài)性能分析 11 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型的建立 11 起動過程分析 12 動態(tài)抗干擾性分析 15 調(diào)節(jié)器的工程設計方法 15 PI調(diào)節(jié)器 15 調(diào)節(jié)器的設計方法 16 Ⅰ型系統(tǒng)與Ⅱ型系統(tǒng)的性能比較 16 轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的確定 17 電流環(huán)、速度環(huán)的設計 18 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用 18 調(diào)節(jié)器的具體設計 18第三章 PWM脈寬調(diào)制 22 PWM基本介紹 22 脈寬調(diào)制變換器 22 橋式可逆PWM變換器 23第四章 直流電動機數(shù)學模型的建立 26 數(shù)學模型的建立 26 寫出平衡方程式、拉普拉斯變換 26 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 27 本設計中電動機部分的數(shù)據(jù)采集和計算 31第五章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 33 MATLAB簡介 33 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真 33結(jié) 論 36致 謝 37參 考 文 獻 38附 錄 38第一章 緒 論 直流調(diào)速概念直流調(diào)速[1]是指人為地或自動地改變直流電動機的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機械的要求。 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史直流傳動具有良好的調(diào)速特性和轉(zhuǎn)矩控制性能，在工業(yè)生產(chǎn)中應用較早并沿用至今。1930年以后出現(xiàn)電機放大器控制的旋轉(zhuǎn)交流機組供電給直流電動機（由交流電動機M和直流發(fā)電機G構(gòu)成，簡稱G—M系統(tǒng)），以后又出現(xiàn)了磁放大器和汞弧整流器供電等，實現(xiàn)了直流傳動的無接點控制。但這種調(diào)速方法后來被晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)所取代，至今已不再使用。由于電力電子技術(shù)與器件的進步和晶閘管系統(tǒng)具有的良好動態(tài)性能，使直流調(diào)速系統(tǒng)的快速性、可靠性和經(jīng)濟性不斷提高，在20世紀相當長的一段時間內(nèi)成為調(diào)速傳動的主流。直流傳動之所以經(jīng)歷多年發(fā)展仍在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用，關(guān)鍵在于它能以簡單的手段達到較高的性能指標。在實際應用中，電動機作為把電能轉(zhuǎn)換為機械能的主要設備，一是要具有較高的機電能量轉(zhuǎn)換效率；二是應能根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動機的旋轉(zhuǎn)速度。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點。直流電動機在額定轉(zhuǎn)速以下運行時，保持勵磁電流恒定，可用改變電樞電壓的方法實現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上運行時，保持電樞電壓恒定，可用改變勵磁的方法實現(xiàn)恒功率調(diào)速。自19世紀80年代起至19世紀末以前，工業(yè)上傳動所用的電動機一直以直流電動機為唯一方式。然而，隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，調(diào)速對變速傳動裝置是一項基本的要求，現(xiàn)代應用的許多變速傳動系統(tǒng)，在滿足一定的調(diào)速范圍和連續(xù)（無級）調(diào)速的同時，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。從60年代起，國外對交流電動機調(diào)速已開始重視。尤其是70年代以來，大規(guī)模集成電路和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應用，為交流電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，促進了各種類型交流調(diào)速系統(tǒng)：如串級調(diào)速系統(tǒng)，變頻調(diào)速系統(tǒng)，無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng)以及矢量控制調(diào)速系統(tǒng)等的飛速發(fā)展。國際上許多國家交流電力拖動系統(tǒng)已進入工業(yè)實用化階段，大有取代直流電力拖動系統(tǒng)的勢頭。直流電動機可逆調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，其主要特點是： (1) 常規(guī)的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)中大量硬件可用軟件代替，從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了電子元件虛焊、接觸不良和漂移等引起的一些故障，而且維修方便； (2) 動態(tài)參數(shù)調(diào)整方便； (3) 系統(tǒng)可以方便的設計監(jiān)控、故障自診斷、故障自動復原程序，以提高系統(tǒng)的可靠性； (4) 可采用數(shù)字濾波來提高系統(tǒng)的抗干擾性能； (5) 可采用數(shù)字反饋來提高系統(tǒng)的精度； (6) 容易與上一級計算機交換信息； (7) 具有信息存儲、數(shù)據(jù)通信的功能； (8) 成本較低。 研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的目的和意義轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應用最廣的直流調(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、動態(tài)調(diào)速特性。首先，應掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成及其靜特性；然后，在建立該系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型的基礎上，從起動和抗擾兩個方面分析其性能和轉(zhuǎn)速與電流兩個調(diào)節(jié)器的作用；第三，研究一般調(diào)節(jié)器的工程設計方法，和經(jīng)典控制理論的動態(tài)校正方法相比，得出該設計方法的優(yōu)點，即計算簡便、應用方便、容易掌握；第四，應用工程設計方法解決雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器的設計問題，等等。并以此為基礎，再對交流調(diào)速系統(tǒng)進行研究，最終掌握各種交、直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，使之能夠應用于國民經(jīng)濟各個生產(chǎn)領(lǐng)域。然后按照自動控制原理，對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計參數(shù)進行分析和計算，利用Simulink對系統(tǒng)進行了各種參數(shù)給定下的仿真，通過仿真獲得了參數(shù)整定的依據(jù)。3. 建立數(shù)學模型，計算其參數(shù)；4. 進行數(shù)字仿真，驗證其設計；5. 完成相關(guān)實驗。它在理論上實踐上都比較成熟，而且從閉環(huán)控制的角度看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎[1，6]。直流電動機的轉(zhuǎn)速和其它參量的關(guān)系和用式（2—1）表示 （2—1）式中 n——電動機轉(zhuǎn)速；U——電樞供電電壓； I——電樞電流； R——電樞回