【正文】 于線圈，而是通過電刷 B B2 和換向器再加到線圈上，這樣情況就不同了。設(shè)導(dǎo)體中的電流為 i ，載流導(dǎo)體在磁場中將受到電磁力 bilf? 的作用，線圈上的電磁轉(zhuǎn)矩則為 aXA bilDT ? 式中， Da為電樞的外徑。在換向片上放置著一對固定不動的電刷 B1 和 B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。電樞鐵心上裝置了由 A 和 X 兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別 接到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片 ,換向片之間互相絕緣。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2． 直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 直流電動機(jī)簡介 直流電動機(jī)的工作原理 圖 2— 1 表示是一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分 (定子 )上，裝設(shè)了一對用直流勵磁的主磁極 N 和 S，在旋轉(zhuǎn)部分 (轉(zhuǎn)子 )上裝設(shè)電樞鐵心。 (2) 系統(tǒng)方案設(shè)計 通過國內(nèi)外中英文資料介紹，了解直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的最佳工程設(shè)計方法，并 進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。 論文的主要內(nèi)容 本課題以直流電動機(jī)為對象，用工程設(shè)計方法設(shè)計直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，基于直流電動機(jī)的基本方程給出動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，建立雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用 MATLAB 進(jìn)行仿真，對仿真結(jié)果分析、研究，驗證控制方案的合理性。由于直流電動機(jī)具有極好的運行性能和控制性 能， 盡管它不如交流電動機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、制造方便、維護(hù)容易， 但 長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位 。直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熱，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ) ， 因此，直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用研究有實際意義 。由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值 的 恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過程。因此在軋機(jī)、造紙等對力矩要求很高行業(yè)，直流調(diào)速還是具有廣泛性直流調(diào)速器具有動態(tài)響應(yīng)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 快、抗干擾能力強(qiáng)優(yōu)點。從生產(chǎn) 機(jī)械 要求控制的物理量來看，電力拖動自動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)，位置隨動系統(tǒng)，張力控制系統(tǒng)，多電動機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，而各種系統(tǒng)往往都通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因而調(diào)速系統(tǒng)是最基本的拖動控制系統(tǒng)。 課題研究的目的和意義 直流電 動機(jī)具有良好的起制動性能，易于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。它的發(fā)展過程是這樣的：由最早的旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組控制發(fā)展為放大機(jī)、磁放大器控制；再進(jìn)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)快速性、可控性、經(jīng)濟(jì)性不斷提高。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)。在 工程設(shè)計 與理論學(xué)習(xí)過程中，會接觸到大量關(guān)于調(diào)速 控制系統(tǒng) 的分析、綜合與設(shè)計問題。 自 70 年代以來，國內(nèi)外在電氣傳動領(lǐng)域內(nèi)，大量地采用了 “ 晶閘管直流電動機(jī)調(diào)速 ” 技術(shù) (簡稱 V— M 調(diào)速系統(tǒng) )。 Simulink 可以超越理想的線性模型去探 索 更為現(xiàn)實的非線性問題的模型，如現(xiàn)實世界中的摩擦、空氣阻力、齒輪嚙合等自然現(xiàn)象；它可以仿真到宏觀的星體，至微觀的分子原子，它可以建模和仿真的對象的類型廣泛，可以是機(jī)械的、電子的等現(xiàn)實存在的實體，也可以是理想的系統(tǒng)，可仿真動態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性可大可小，可以是連續(xù)的、離散的或混合型的。在 Simulink 中，對系統(tǒng)進(jìn)行建模將變的非常簡單， 而且仿真過程是交互的，因此可以很隨意的改變仿真參數(shù)，并且立即可以得到修改后的結(jié)果。 MATLAB 提供動態(tài)系統(tǒng)仿真工具 Simulink，則是眾多仿真軟件中最強(qiáng)大、最優(yōu)秀、最容易使用的一種。因此產(chǎn)生了各種仿真算法和仿真軟件。 但是長期以來，仿真領(lǐng)域的研究重點是仿真模型的 建立這一環(huán)節(jié)上，即在系統(tǒng)模型建立以后要設(shè)計一種算法。當(dāng)然有些情況下可以構(gòu)造一套物理裝置進(jìn)行實驗，但這種方法十分費時而且費用又高，而且在有的情況下物理模擬幾乎是不可能的。然而沒有經(jīng)過實驗研究是不能將設(shè)計好的系統(tǒng)直接放到生產(chǎn)實際中去的?，F(xiàn)在的直流和交 流調(diào)速裝置都是數(shù)字化的，使用的芯片和軟件各有特點，但基本控制原理有其共性。盡管目前交流調(diào)速的迅速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)越趨成熟，以及交流電動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和易維護(hù)性，使交流調(diào)速廣泛受到用戶的歡迎。在 20 世紀(jì) 60年代，隨著晶閘管的出現(xiàn)，現(xiàn)代電力電子和控制理論、計算機(jī)的結(jié)合促進(jìn)了電力傳動控制技術(shù)研究和應(yīng)用的繁榮。 通過對直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)特性的研究與仿真，可以清楚地看到，直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有較好的動態(tài)性能，可以在給定調(diào)速范圍內(nèi)，實現(xiàn)無靜差平滑調(diào)速，這為直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件實驗提供了理論依據(jù)。 本文敘述了直流電動機(jī)的基本原理和調(diào)速原理，介紹了直流電動機(jī)開環(huán)和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜、動態(tài)特性，并且根據(jù)直流電動機(jī)的基本方程建設(shè)立了調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，給出了動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，用工程設(shè)計方法設(shè)計了直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。畢業(yè)設(shè)計（論文） I 直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性研究與仿真 摘 要 直流電動機(jī)具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，并且直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實踐上都比較成熟，是研究其它調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。而用 MATLAB 軟件對直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行虛擬環(huán)境下的仿真研究，不僅使用方便，也大大降低了研究成本。最后，用 MATLAB 仿真軟件搭建了仿真模型，對調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。 關(guān)鍵詞： 直流調(diào)速 ， 雙閉環(huán)系統(tǒng) ， 電流調(diào)節(jié)器 ， 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ， 計算機(jī)仿真 畢業(yè)設(shè)計（論文） II Simulation Research on Speed Regulation System of Double Closed Loop of DC Motor Abstract Key words: Speed control of DCdrivers， Doubleclosedloop， Current regulator， Speed regulator， Computer simulation 畢業(yè)設(shè)計（論文） III 目 錄 1． 緒論 ............................................................................................................................... 1 課題背景 ................................................................................................................ 1 課題研究的目的和意義 ........................................................................................ 2 論文的主要內(nèi)容 .................................................................................................... 3 2． 直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng) ................................................................................................... 4 直流電動機(jī)簡介 .................................................................................................... 4 直流電動機(jī)的工作原理 ..................................................................................... 4 直流電動機(jī)的運行特性 ..................................................................................... 5 直流電動機(jī)的起動與調(diào)速 .................................................................................. 6 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) ................................................................................ 7 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題 ............................................................................ 9 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及動態(tài)校正 ...................................................................... 10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) .......................................................................................... 10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性 ............................................................10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動態(tài)性能 .....................................................14 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計方法 ......................................................................15 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 ....................................................................................22 3． 直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真與研究 ............................................................. 33 MATLAB 簡介 ...................................................................................................... 33 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真 ...................................................................................... 35 仿真結(jié)果分析 ...................................................................................................... 43 結(jié) 論 ................................................................................................................................... 44 致 謝 ................................................................................................................................... 45 參 考 文 獻(xiàn) ....................................................................................................................... 46 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1． 緒論 課題背景 直流調(diào)速是現(xiàn)代電力拖動自動控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的技術(shù)。晶閘管 直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為現(xiàn)代工業(yè)提供了高效、高性能的動力。但是直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以其優(yōu)良的調(diào)速性能仍有廣闊的市場，并且建立在反饋控制理論基礎(chǔ)上的直流調(diào)速原理也是交流調(diào)速控制的基礎(chǔ)。 對于那些在實際調(diào)試過程中存在很大風(fēng)險或?qū)嶒炠M用昂貴的系統(tǒng)，一般不允許對設(shè)計好的系統(tǒng)直接進(jìn)行實驗。因此就必須對其進(jìn)行模擬實驗研究。近年來隨著計算機(jī)的迅速發(fā)展，采用計算機(jī)對控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真的方法已被人們采納。以使系統(tǒng)模型等為計算機(jī)所接受，然后再編制成計算機(jī)程序，并在計算機(jī)上運行。 由于對模型建立和仿真實驗研究較少，因此建模通常需要很長時間，同時仿真結(jié)果的分析也必須依賴有關(guān)專家，而對決策者缺乏直接的指導(dǎo)，這樣就大大阻礙了仿真技術(shù)的推廣應(yīng)用。它有效的解決了以上仿真技術(shù)中的問題。另外，使用 MATLAB 中的各種分析工具，畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 還可以對仿真結(jié)果進(jìn)行分析和可視化。 Simulink 會使你的計算機(jī)成為 一個實驗室，用它可對各種現(xiàn)實中存在的、不存在的、甚至是相反的系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真。 盡