直流电动机开环调速系统仿真.docx

电子电气工程学院 专业课程设计论文 题 目直流电动机开环调速系统仿真 专 业 自动化 姓 名 2013年6月10日 直流电动机开环调速系统仿真 摘 要：MATLAB仿真在科学研究中的地位越来越高，如何利用MATLAB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，通过对MATLAB的仿真，得到不同的仿真结果。 通过仿真结果的对比，对MATLAB的仿真进行研究。从而总结出如何在仿真过程 中对MATLAB的仿真做到最优选择。 详细介绍了用MATLAB语言对《电机与拖动》中直流电动机调速仿真实验的 仿真方法和模型建立。其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.然后讨论了 MATLAB在双闭环直流调速系统教学中的应用。首 先在分析直流调速系统原理的基础上，介绍了基于数学模型的仿真，在仿真中 可灵活调节相关参数，优化参数设计。其次完成了基于电气原理图仿真，并分析 了调速系统的抗干扰能力。采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行设计， 选择调节器结构，进行参数的计算和校验；给出系统动态结构图，建立起动、抗负 载扰动的MATLAB /SIMULINK仿真模型。分析系统起动的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合理与完善 关键词：直流电动机开环调速系统仿真;阶跃信号；调节器；MATLAB仿真 1.1课题背景 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。 由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿 真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻 碍了仿真技术的推广应用。 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，如 现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象；它可以仿真到宏观的星体， 至微观的分子原子，它可以建模和仿真的对象的类型广泛，可以是机械的、电子 的等现实存在的实体，也可以是理想的系统，可仿真动态系统的复杂性可大可小， 可以是连续的、离散的或混合型的。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。 1.2直流电动机开环调速系统仿真的原理 1.2.1仿真原理 直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电，并通过改变触 发器移相控制信号Uc调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直 流电动机的调速。该系统的仿真模型如图1-1所示。在仿真中为了简化模型，省 略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流电源，直流电动 机励磁由直流电源直接供。 任何一台需要