直流电动机开环调速系统仿真.

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1、重庆文理学院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 业姓 名蔡亚辉班 级电气工程与自动化一班学 号2012年 5月 24日直流电动机开环调速系统仿真摘要：本文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。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

2、而总结出如何在仿真过程中对 MATLAB 的仿真做到最优选择。1引言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。 早期直流 电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量 的数字电路组成，控制系统的硬件非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、 调试困难，阻碍的电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着模拟技术的逐 渐成熟使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制 提供了更大的灵活性，并使系统能够 达到更高的性能，还能节省人力资源和降 低系统成本，从而有效提高工作效率。事实上由于电机的容量较大，又要求电流的脉动较小，故采用三相全控桥式 整流

3、电路供电方案。为保证供电质量，应采用三相降压变压器将电源电压降低， 为避免三次谐波电动势的不良影响，应采用厶/Y接法。在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：直流调 速系统和交流调速系统。交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、 转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较为困难。相比之下，直流电动机虽然存 在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的 起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统至今仍是自 动调速系统的主要形式。直流调速系统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

4、的最新发展成就。正是这些技术的进步 使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐 让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字 控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件 亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件 MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新 型的电动机控制方法能够得到实现。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，

5、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。任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。例 如，最高转速与最低转速之间的范围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时 允许转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载时 允许的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。归纳起来，对于调速系统转 速控制的要求有以下三个方面：调速，稳速，加、减速。/挤魅戏脉冲直流开环调速系统电气原理图2移相特性3仿真过程3.1仿真原

6、理如图2根据实验原理图在Matlab软件环境下查找器件、连线，接成入上图所示的 线路图。LAB Corrpasite! Cwkc * K一-飞IfI Iac | z n 一图3直流电动机开环调速系统结构图1）仿真具体步骤a、点击MATLAB 7.1图标，打开MATLAB软件，在工具栏里根据提示点击陶p ,点击MATLAB，打开一个对话框，点击丑里的ne-model，创建一个新文件。b、点击工具栏的门，打开元器件库查找新的元器件。C、原件库如下图所示B-W Si mu link:Bl Commonly Used Blocks；jSI CcntinLious jBl Discontinuities

7、:： & Discrete:：Logic amd Bit Operations- :j Lookup TablesMath Operations Model VerificationMod el-Wide Utilities Ports & Su b EyEtem e Signal Ataributes Signal RoutingSinKcsSource?Us-er-Defined Functions Additional Math & Discrete 申凰1 A&irospace BlockietItt-W CDMA Reference Blockset Com muni cati on

8、 5 Blocksst.:SJ Control System Toolbox由 Dials Bt Gauges Blocksct0 駅| Embedded Target for Infineon 0 0 Embedded Tairgetlor M口toiro 0 羽 Embedded Target tor IMatoro 0 列 Embedded Target tor OSEIQV 由“.I Embedded lairget for TJ C20OConti moueDiEcont iivui tiFluble click this icon to open the Discontinuiti

9、es submFF十LtlhoLosie md Bit Ojerati oilsLookup IrbiesL1 ah Opcrat.iciii.3MdeL Yerifi _ aiianModeL-Vide UtilitiwPcr+s 4 ijbs7Ei4nESignalbuidsSignal Boutin.唱Sinks2）所用元器件及其参数设置a）三相交流电源A、B、Ctjt Block Parameters: AAC Vcltaje Source fziaskj (lirtkIdeal sinusoidal. A.C Witag= siurse.PararetersWe as wr ezie

10、ntwOK-图4三相电源参数设置设置三相电压都为220V，两两之间相位差为120,分别为0、-120、-240。b） Universal Bridge普通的桥电路起着过载保护作用，防止电流过大烧坏电机。Block Paramet-ers Universal Bridge-UniTeTsal LTid.se ask (linkjThis bl ook izapl-zn 亡:nt a. hzidse of sei so ted paprer eleotiQiiiciE； devices. Serie-iB EC znubbc-T circui七二 sttg co-nnac七口T in. psarn

11、lls-l tith. -ssath Ewi七nh dairj.cc. Prsee Ko-lp fcT siiEEeEted snubbez values when thm nodel is discTetiEed. For nostappli:atiiKiE the inieinal induetajisE Ltn of di-o-dis ar.d thyristnHW should b-= swt zez-oPiiEZDetersOK I C：rLcelHelpkpplyc）放大器，设置放大系数OK I C ancelHelpAfiplyd）DC Machine （直流电动机）直流电动机的

12、运行特性主要有两条:一条是工作特性，另一条是机械特 性，即转速-转矩特性。分析表明，运行性能因励磁方式不同而有很大差异。F+和F-是直流电机励磁绕组的连接端，A+和A-是电机电枢绕组的联结 端，TL是电机负载转矩的输入端。m端用于输出电机的内部变量和状态，在该端可以输出电机转速、电枢电流、励磁电流和电磁转矩四项参数。Block Parameters: DC MachineDC machine znask) (link)-This block iziplezserte a separately ezci七已出 DC ziachine. Access is pTDvidsd ts the fiel

13、d co-ruieDticns su that the sachine uan be- used as e shunt- sannec t ed ox a e-T i es- EonneD ted DC sashine.OK I C：iiLcelHelpAjplye) Senies RLC BranchBlock Parameters: Series RLC Branchi Series RLC Branch (mask (linkIziplezients a seiies KLC branch.FaraseteiGResistance (Ohzis):OKC：=lTlCh1HelpApply

14、f）阶跃信号ft Block Parameters: St-epi S t e pParazne tersSte-u tims: Enatl e zeic crc-EELn detect ionApplyg）参数设置Block Parameters: Fen厂FenGeneTal ezjresEiDn bloDk. Use， lle as the- inc-ut variable nazje. Ezasple: E-inul ezp(_2. 3 -u2厂 Faranete-TEEzpiessio-nz3.3仿真结果根据上面的步骤查找器件，连线，可画出原理图，运行之后，得到如下波形。a）转速nb

15、）电枢电流lac）励磁电流Ifd）转矩T3.1仿真分析从上图仿真的波形可以看出，此仿真非常接近于理论分析的波形。晶闸管-电动机系统就是开环调速系统，调节控制电压u就可以改变电动机c的转速。如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统 都能实现一定范围内的无级调速。但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率 有一定的要求。5总结这次做的是直流电动机开环调速系统仿真，在之前学习自动控制原理和Pro tel DXP课程时使用过Ma tlab软件，所以说这次使用相对来说比之前容易点。 这次用Mat lab软件进行仿真时，实验现象没之前那么容易观察到，但是波 形图调节起来比较方便，没有太大的问题。但是对于元件参数的设置和计算，我 不太熟悉，但是我在以后的练习中一定会注重提高自己在这方面的能力。在本次试验过程中，我学到了很多东西，专业课题设计是我们第一次接触到, 我觉得还有很多东西值得去探索。参考文献：1 陈伯时.电力拖动自动控制系统一运动控制系统第3版M.北京：机 械工业出版社，2007.2 王兆安，黄俊.电力电子技术第4版M.北京:机械工业出版社，2000.3 任彦硕.自动控制原理M.北京：机械工业出版社，2006.4 洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真M.北京：机械 工业出版社， 2006.