直流调速系统的matlab仿真(课程设计作业).docx

运动控制系统课程设计班级自动化0802姓名王有录学号0806050231摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用SIMULINK对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。关键词直流电机直流调速系统速度调节器电流调节器双闭环系统仿真ABSTRACTDCMOTORHASBEENWIDELYUSEDINTHEAREAOFELECTRICDRIVEBECAUSEOFITSNEATLYADJUSTMENT,SIMPLEANDDCMOTORHASBEENWIDELYUSEDINTHEAREAOFELECTRICDRIVEBECAUSEOFITSNEATLYADJUSTMENT,SIMPLEANDSMOOTHCONTROLINAWIDERANGE,BESIDESITSCONTROLPERANCEISEXCELLENTBEGINNINGWITHTHETHEORYOFDCMOTOR,THISDISSERTATIONBUILTSUPTHEMATHEMATICMODELOFDCSPEEDCONTROLSYSTEMWITHDOUBLECLOSEDLOOPS,DETAILEDLYDISCUSSESTHESTATICANDDYNAMICSTATEPERANCEOFTHESYSTEMAFTERWARD,ACCORDINGTOAUTOMATIONTHEROYTHISPAPARCALCULATESTHEPARAMETERSOFTHESYSTEMTHEN,THISDISSERTATIONSIMULATESANDANALYZESTHESYSTEMBYMEANSOFSIMULINKTHERESULTSOFSIMULATIONARECONSISTENTWITHTHEORYCALCULATIONSOMEEXPERIENCEWASACQUIREDTHROUGHSIMULATIONBASEDONTHETHEORYANDSIMULATION,THISDISSERTATIONDESIGNSADCSPEEDCONTROLSYSTEMWITHDOUBLECLOSEDLOOPS,DISCUSSESTHEREALIZATIONOFMAINCIRCUIT,FEEDBACKCIRCUIT,CONTROLCIRCUITANDTRIGGERCIRCUITTHERESULTSOFEXPERIMENTSHOWTHATTHESTATICANDDYNAMICSTATEPERANCEOFTHISSYSTEMAREGOOD,WHICHINDICATETHATTHEDESIGNCANMEETTHEREQUIREMENTSCOMPUTERAIDEDANALYSISANDDESIGNARECARRIEDOUTFORSPEEDCONTROLLINGSYSTEMOFTHEDCMOTORBYBYUSINGTOOLBOXANDSIMULINKKEYWORDSDCMOTOR,DCGOVERNINGSYSTEM,SPEEDGOVERNOR,CURRENTGOVERNOR,DOUBLELOOPCONTROLSYSTEM,SIMULINK目录摘要ABSTRACT一、双闭环直流调速系统的工作原理1、双闭环直流调速系统的介绍2、双闭环直流调速系统的组成3、双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性4、双闭环直流调速系统的数学模型二、系统设计方法及步骤1、系统设计的一般原则2、电流环设计(1)确定时间常数2选择电流调节器结构3选择电流调节器参数4校验近似条件3、转速环设计1确定时间常数2选择转速调节器结构3选择转速调节器参数4校验近似条件三、MATLAB和SIMULINK简介四、SIMULINK环境中的系统模型、仿真结果及分析1、开环直流调速系统的仿真2、单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真3、单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真4、单闭环电流截止转速负反馈调速系统的建模与仿真5、单闭环电压负反馈调速系统的建模与仿真6、单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真7、单闭环转速负反馈调速系统定量仿真8、双闭环直流调速系统定量仿真9、三闭环直流调速系统仿真五、VM双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图六、总结参考文献一、双闭环直流调速系统的工作原理1、双闭环直流调速系统的介绍双闭环调速系统的工作过程和原理电动机在启动阶段，电动机的实际转速电压低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器,此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值,电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流堵转电流可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后,速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动,速度调节器输入端产生的偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压,使整流桥输出的直流电压相应变化,从而校正和补偿电动机的转速偏差。另外电流调节器的小时间常数,还能够对因电网波动引起的电动机电枢电流的变化进行快速调节,可以在电动机转速还未来得及发生改变时,迅速使电流恢复到原来值,从而使速度更好地稳定于某一转速下运行。2、双闭环直流调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行嵌套连接，如图11所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。图11转速、电流双闭环直流调速系统其中ASR转速调节器ACR电流调节器TG测速发电机TA电流互感器UPE电力电子变换器UN转速给定电压UN转速反馈电压UI电流给定电压UI电流反馈电压3、双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性图12双闭环直流调速系统的稳态结构框图分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征，一般使存在两种状况饱和输出达到限幅值，不饱和输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱