双闭环直流调速系统仿真设计

（二〇〇七年六月本科毕业设计说明书学校代码：10128学号：010202064题目：双闭环直流调速系统仿真学生姓名：冷雪剑学院：信息工程学院系别：自动化系专业：自动化班级：自动化03-2指导教师：王志和教授摘要直流电动机具有良好的起制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。本文介绍了双闭环直流调速系统的原理，并通过试验的方法获得双闭环直流调速系统的各项参数，采用的直流双闭环调速系统的设计是从内环到外环，即先设计好电流环后将其等效成速度环中的一个环节，再对速度环进行设计。采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行辅助设计，选择调节器结构，进行参数计算和近似校验。在MATLAB中建立仿真模型，最后采用MATLAB中的PowerSystem工具箱对所设计的系统进行仿真,得到了比较理想的运行曲线。分析转速和电流的仿真波形，并进行调试，使双闭环直流调速系统趋于完善、合理。关键词:调节器;双闭环直流调速系统;Matlab仿真AbstractThedirectcurrentelectricmotorhasthegoodbrakingquality,easyinwidespreadscopesmoothvelocitymodulation,inneededinthedomainwhichthehighperformancecontrollableelectricpowerdrovetoobtainthewidespreadapplication.ThispaperintroducestheDoubleClosed-loopDCSRSystem’sPrinciple.AndpassingthetestmethodAccesstheDoubleClosed-loopDCSRSystemParameters.DesignfromtheinnertoouterloopFirstdesignoftheCentralCurrentloopwillbeequivalenttothespeedloopofaringlink,designCentraltofurtherspeedloop.engineeringdesignmethodfordualclosedloopspeedcontrolsystemforDC-aideddesign,choiceofdevicestructure,parametercalibrationandapproximatecalculation.itusesthePowerSystemtoolboxintheMATLABtothesystemwhichdesignstocarryonthesimulation，andobtainthesatisfactoryoperationcurve.Analysisofthespeedandcurrentwaveformsimulation,anddebugging,sothattheDoubleClosed-loopDCSRSystemperfect,reasonable.Keywords:Regulator;DoubleClosed-loopDCSRSystem;Matlabsimulation目录引言..........................................................-1-第一章调速系统与MATLAB概述...................................-2-1.1运动控制系统概述......................................-2-1.2直流调速控制技术发展概况..............................-2-1.3控制系统的计算机仿真..................................-3-1.4MATLAB简介............................................-3-1.4.1MATLAB的优势与特点..............................-3-1.4.2MATLAB的Simulink简介...........................-4-1.5本设计主要内容........................................-4-第二章双闭环直流调速系统原理及参数的测定......................-6-2.1双闭环直流调速系统的组成和工作原理......................-6-2.1.1双闭环直流调速系统工作原理及原理图................-6-2.1.2双闭环直流调速系统动态结构图......................-7-2.2双闭环直流调速系统参数的测定............................-7-2.2.1参数测定试验的系统组成和工作原理..................-7-第三章电流环与转速环的设计...................................-15-3.1电流环的设计...........................................-15-3.1.1电流环的动态结构图...............................-15-3.2转速调节器的设计.......................................-17-第四章双闭环直流调速系统MATLAB仿真..........................-21-4.1双闭环直流调速系统的建模...............................-21-4.1.1双闭环直流调速系统的仿真模型.....................-21-4.1.2双闭环直流调速系统仿真模型中的参数设置...........-21-4.2系统的仿真、仿真结果的输出.............................-25-4.3仿真结果分析...........................................-26-结论........................................................-27-参考文献......................................................-28-谢辞........................................................-29-引言本文采用的直流双闭环调速系统的设计是从内环到外环，即先设计好电流环后将其等效成速度环中的一个环节，再对速度环进行设计。目前广泛应用的直流调速设计方法是基于某些标准形式进行的，其优点是简单方便，但设计的系统性能指标是相同的，实际系统所要求的指标往往是不同的，所以采用双闭环调速系统的设计方法不一定都能得到满意的结果。如果我们在按上述设计法确定调节器形式的基础上，再找出调节器参数改变时对应系统性能指标的变化趋势，那么在实际系统的设计和调试时就可以根据得到的变换趋势，按系统性能指标的要求来调整和选择调节器参数，从而获得实际系统要求的动态响应。在设计中，基于理论设计的基础上根据实际的系统情况作参数的调整是非常重要的，也是必不可少的。这是因为实际系统的参数，往往与计算值或铭牌数据有一定的差别，系统某些环节的非线性影响等因素存在，使系统在配置设计参数后并不能马上获得预期的性能指标。因此本文采用计算机仿真技术。应用Matlab软件建立数字仿真模型，观测转速和电流的仿真波形，并进行调试。模仿被仿真对象的运行状态及其随时间变化的过程。通过对数字仿真模型的运行过程的观察和设计，得到被仿真系统。第一章调速系统与MATLAB概述1.1运动控制系统概述运动控制系统是以机械运动的驱动设备——电动机为被控对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电力传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换成机械能，实现运动机械的运动要求。运动控制系统的种类繁多，用途各异。1.按被控物理量分。以转速为被控量的系统叫调速系统；以角位移或直线位移为被控量的系统叫位置随动系统，有时也叫伺服系统。2.按驱动电动机的类型分。用直流电动机带动生产机械的为直流传动系统；用交流电动机带动生产机械的为交流传动系统。3.按控制器的类型分。以模拟电路构成控制器的系统成为模拟控制系统；一数字电路构成控制器的系统成为数字控制系统。另外，按照控制系统中闭环的多少，也可分为单环控制系统、双环控制系统和多环控制系统；按控制原理的不同也可分很多种。对于一种具体的运动控制系统可能使这些分类的交集，如用8051单片及实现的双环数字直流调速系统。1.2直流调速控制技术发展概况直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态相应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可靠性、经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。直流调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。在高性能的拖动技术中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。目前，我国直流调速控制的发展趋势主要有以下几个方面：1.提高调速系统的单机容量。2.提高电力电子器件的生产水平，使变流器结构变得简单、紧凑。3.提高控制单元水平，使其具有控制、监视、保护、诊断及自复原等多种功能。1.3控制系统的计算机仿真控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算数学和计算机技术的综合性新型学科。它是以控制系统的数学模型为基础，以计算机为工具，对系统进行实验研究的一种方法。系统仿真就是用模型（物理模型或数学模型）代替实际系统进行试验和研究，而计算机仿真能够为各种试验提供方便、廉价、灵活可*的数学模型。因此，凡是要用模型进行试验的，几乎都可以用计算机仿真来研究被仿真系统的工作特点、选择最佳参数和设计最合理的系统方案。随着计算机技术的发展，计算机仿真越来越多的取代纯物理仿真，他为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制系统的计算机辅助教学提供了快速、经济、科学及有效的手段。目前，比较流行的控制系统仿真软件是MATLAB，使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法是：以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。1.4MATLAB简介1.4.1MATLAB的优势与特点MATLAB具有如下的优势与特点：1.友好的工作平台和编程环境2.简单易用的程序语言3.强大的科学计算机数据处理能力4.出色的图形处理功能5.应用广泛的模块集合工具箱6.实用的程序接口和发布平台7.模块化的设计和