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大学生科技创新与人文科学研究项目 学 院： 物理电气信息学院 项目名称： 基于MATLAB的直流电动机速度控制校正系统的设计 项目主持人： 张海晶 项目参与人：杨玲 白小东 马伟龙 指导教师： 马华杰 1．项目研究的目的和意义 直流电动机具有良好的的运行和控制功能，与电能的生产、传输和使用密切相关，长期以来，直流电动机一直占据着重要地位。电动机作为把电能转换为机械能的动力设备，已被广泛应用于工业、农业、国防军事、交通运输等各个领域。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。 电动机的调速性能，对于提高产品质量、提高劳动生产率、节省电能方面有着直接的决定性影响。研究电机调速控制的先进理论方法和技术，不仅可以满足工业生产的实际要求、而且能够提高能源的利用效率，为国民经济的发展做出重要贡献。从控制技术的角度来看，又是近年发展迅速的交流调速系统的基础。目前，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。特别是基于数字采集和计算机控制的直流调速系统得到了越来越广泛的应用，在这种系统中，控制算法直接影响到控制系统的性能。众所周知，直流电机具有优越的调速性能，但由于换向器的原因，使其存在使用寿命缩短，维护工作量大的不足之处。然而，交流电机与直流电机相比，具有种种优点，如结构紧凑，便于安装维护等，因此交流电机驱动系统在工业中得到了越来越广泛的应用，并且近年来它一直是国外很多大公司、大学研究开发的热点。随着工业生产过程的日趋复杂化，系统不可避免地存在非线性，如机器人系统、纺织过程等。尽管在很多情况下，当我们考虑系统的某些现象时，可以用系统的线性模型来代替系统的非线性模型，然后，对线性模型开展研究。但在工程技术、自然、社会、经济等众多情况下，不可能用系统的简单线性模型作为该真实系统的替身。人们必须建立真实系统的非线性模型来代替简单容易处理的线性模型。 随着电力电子技术的发展，对工业过程控制的要求越来越高，不仅要求控制的精确，而且还要注重控制的鲁棒性、实时性、容错性以及对控制参数的自适应和自学习能力。调速控制系统的计算机仿真是涉及到控制理论、计算数学和计算机技术的综合性技术。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)代替实际系统进行实验和研究，而计算机仿真能够为各种实验提供方便、廉价、灵活可靠的数学模型。因此，凡是要用模型进行实验的，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地取代纯物理仿真，它为控制系统的分析、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。 本文利用Matlab软件特别是Simulink工具箱，构建了电机调速系统的仿真模型，对多种智能方法的仿真实现、性能分析和算法设计等方面进行了深入的研究。本文首先以开环直流调速系统为研究对象，采用面向电气原理结构图的仿真方法，对典型的开环直流调速系统进行了仿真实验分析。其次，以双闭环直流调速系统为研究对象，设计了一种基于Matlab与Simulink环境的双闭环直流调速系统仿真实验平台。随后,使用模糊控制的方法，利用直流电机的斩波调速原理，在MATLA环境下，对直流电机模糊调速进行仿真分析，并利用仿真结果证明了方法的有效性。 2 .本项目的国内外动向 2.1调速控制系统的发展现状 一个多世纪以来，电机作为机电能量转换装置，其应用范围以普及国民经济的各个领域及人们的日常生活之中。直流电机调速性能好，起动转矩大，长期以来被广泛应用于电力机车、起重机和机床等对电动机的调速性能和起动性能要求高的生产机械上。由于直流电机可以分别控制励磁电流和电枢电流，因此能实现对磁通和转矩的完全解耦控制。直流电机的电磁时间常数较小，使得电枢电流可以迅速变化，从而达到电磁转矩的快速响应。但是，由于直流电机中机械换向器的存在，导致直流电机中存在显著的换向电流和速度限制，这使得直流电机难以应用于腐蚀性比较强和易燃易爆的场合。 另外，随着各种微处理器的出现和发展，国内外对直流电机控制调速系统的研究也在不断发展和完善，特别是在20世纪80年代，达到了研究的空前繁荣。目前，国外主要电气公司，均已开发出数字直流调速装置，有成熟的系列化、标准化、模版化的应用产品供选用。而在国内，数字式直流电机调速系统也具有很大的市场需求。科研单位、大专院以及企业单位等，都在研究开发高性能的直流电机调速系统装置。大型直流电机的调速系统一般采用晶闸管整流来实现。 现如今，自动控制