武汉理工基础强化训练开环直流调速系统仿真设计论文.doc

目录 绪论 2 摘要 3 1 设计任务及要求 4 1.1初始条件 4 1.2要求完成任务 4 2 开环直流调速控制系统组成及原理 4 2.1直流电机调压调速原理 4 2.2晶闸管整流器-电动机系统组成及原理 5 2.3直流电动机开环调速系统仿真的原理 5 3.1 晶闸管触发器整流器数学模型 8 3.1.1 放大系数 8 3.1.2 滞后时间 8 3.1.3传递函数 9 3.1.4晶闸管触发器整流器环节动态结构图 9 3.2 直流电动机数学模型 10 3.3平波电抗器数学模型 12 4 电路仿真 12 4.1 仿真原理图 12 4.2 仿真过程 13 4.3仿真结果 17 4.4 仿真分析 19 5 小结与体会 19 6 参考文献 20 附录 21 绪论 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。 长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型， Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。 传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。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、动态响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、可控性、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。 摘要 本次能力拓展设计的题目是开环直流调速系统仿真设计，直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。具有较强的研究价值。 MATLAB/Simulink仿真在科学研究中的地位越来越高，如何利用其仿真出理想的结果，关键在于如何准确的选择MATLAB的仿真。本文就简单的开环直流调速系统的MATLAB仿真这个例子，分析了开环控制直流调速系统的控制器与被控对象的控制现象，以及开环控制系统对被控对象的控制的问题。同时给出解决减小扰动的控制方案。 首先，本文介绍了开环直流调速控制系统组成及原理，建立了开环调速系统的数学模型，并画出动态结构图；其次，本次设计基于电器原理图使用Simulink进行仿真，在仿真中可灵活调节相关参数, 优化参数设计。最终得出转速输出曲线等相关指标输出。通过对结果的分析可得仿真结果与理论分析一致，表明仿真是可信的，可以替代部分实物实验。 最后，对本次基础强化训练的经验和教训进行了认真的总结，并列举了本次训练参考的文献资料。 关键词：开环直流调速系统 晶闸管整流器 直流电动机 Simulink仿真 开环直流调速系统仿真设计 1 设计任务及要求 1.1初始条件： 控制系统包括给定信号，晶闸管触发装置及整流环节、平波电抗器和直流电动机4个环节 Td=0.025s，Ra=0.08，Ce=0.185，Ts=0.0017，ks=23 1.2要求完成任务： 1、开环直流调速控制系统组成及原理； 2、数学模型建立，动态结构图，； 3、基于电气原理图的仿真，仿真参数设置（过程） 4、电动机转速输出曲线