双闭环直流调速系统的设计及其仿真(课程设计报告).doc

双闭环直流调速系统

的设计及其仿真

班级：自动化2班

学号：XXXXXXXX

姓名：XXXXXX

指导教师：XXXXXX

设计时间：2014年6月23日

目录

一、前言 3

1.课题研究的意义 3

2.课题研究的背景 3

二、总体设计方案 3

1.MATLAB仿真软件介绍 3

2.设计目标 4

3.系统理论设计 5

4.仿真实验 9

5.仿真波形分析 13

三、心得体会 14

四、参考文献 16

一、前言

1.课题研究的意义

从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得

到广泛应用。双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等。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。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。且直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它

又是交流拖动控制系统的基础。所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。

2.课题研究的背景

电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器，电力电机技术的迅猛发展，

促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。从20世纪60年代第一代电力电子器件-

晶闸管(SCR)发明至今，已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件-GTR、GTO、

MOSFET,第三代复合场控器件-IGBT、MCT等，如今正蓬勃发展的第四代产品-功率集成电路(PIC)。每一代的电力电子元件也未停顿，多年来其结构、工艺不断改进，性能有了飞速提高，在不同应用领域它们在互相竞争，新的应用不断出现。同时电机控制技术的发

展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和

微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年

内发生了天翻地覆的变化。

3注意什么问题

二、总体设计方案

1.MATLAB仿真软件介绍

本设计所采用的仿真软件是MATLAB。

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、

数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和

Simulink两大部分。MATLAB应用非常之广泛!MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指

令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C,

FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，

使MATLAB成为一个强大的数学软件。主要的优势特点为：

①高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；

②具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；

③友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；

④功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等),为用户提供了大

量方便实用的处理工具。

2.设计目标

设计一个双闭环直流调速系统，利用晶闸管供电，整流装置采用三相桥式电路，调速范围D=10,静差率≤5%;稳态无静差，电流超调量??≤5%,电流脉动系数S?≤10%;启动到额定转速时的转速退饱和超调量≤10%。系统具有过流、过压、过载和缺相保

护，触发脉冲有故障封锁能力。

直流电动机数据：

额定功率29.92KW,额定电压220V,额定电流136A,

额定转速1460r/m,C=0.132Vmin/r,

允许过载倍数λ=1.5。

晶闸管装置放大系数：Ks=40

电枢回路总电阻：R=1Ω

时间常数：机电时间常数Tm=0.18s,

电磁时间常数Tt=0.03s

电流反馈系数：β=0.05V/A

转速反馈系数：a=0.007vmin/r

转速反馈滤波时间常数：Tm=0.005s,Toi=0.005s

总飞轮力矩：Gp2=2.5N.m

h=5

3.系统理论设计：

在双闭环系统中应该首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作转速调

节系统中的一个内环节，再设计转速调节器。这样的系统能够实现良好的静态和稳

态性能，结构简单，工作可靠，设计和调试方便，达到本课程设计的要求。

。

。

双闭环直流调速系统的结构框图：

UnRTmsN1/RT?

Un

R

Tms