利用Matlab仿真平台设计单闭环直流调速系统.doc
利用Matlab仿真平台设计单闭环直流调速系统
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大连工业大学课程设计（论文）任务书
专业
自动化
班级
11级2班
题目
利用Matlab仿真平台设计单闭环直流调速系统
子题
指导教师
唐树森
答疑教师
唐树森
设计时间
2014年11月24日至2014年12月1日共1周
设计要求
设计（论文）的任务和基本要求，包括设计任务、查阅文献、方案设计、说明书（计算、图纸、撰写内容及规范等）、工作量等内容。
技术要求：
eq\o\ac(○,1)电动机额定值为：，电枢
eq\o\ac(○,2)晶闸管装置，三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y连接，二次线电压。
eq\o\ac(○,3)、主回路总电阻
eq\o\ac(○,4)测速发电机：永磁式，型，额定值为
eq\o\ac(○,5)生产机械要求调速范围
eq\o\ac(○,4)系统运动部分的飞轮力矩，按时计算电枢回路总电感量：，
2、设计要求：
eq\o\ac(○,1)阐述单闭环直流调速系统的基本构成和工作原理
eq\o\ac(○,2)分析所设计系统的静态性能指标和动态性能指标
eq\o\ac(○,3)根据动态性能指标设计校正装置
eq\o\ac(○,4)设计出系统的Simulink仿真模型，验证所设计系统的性能。
eq\o\ac(○,5)给出所设计系统的性能指标：上升时间、超调量、调节时间、最大启动电流、稳态误差。
指导教师签字：系（教研室）主任签字：
2014年12月1日
目录
一、摘要……………………3
八、参考文献………………21
一、摘要
运动控制课是后续于自动控制原理课的课程，是更加接近本专业实现应用的一门课程。
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。
本设计首先进行总体系统设计，然后确定各个参数，当明确了系统传函之后，再进行稳定性分析，在稳定的基础上，进行整定以达到设计要求。
另外，设计过程中还要以matlab为工具，以求简明直观而方便快捷的设计过程。
二、总体方案设计
1、控制原理
根据设计要求，所设计的系统应为单闭环直流调速系统，选定转速为反馈量，采用变电压调节方式，实现对直流电机的无极平滑调速。
所以，设计如下的原理图：
图1、单闭环直流调速系统原理图
转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反馈到输入端，再与给定值比较，经放大环节产生控制电压，再通过电力电子变换器来调节电机回路电流，达到控制电机转速的目的。
这里，电压放大环节采用集成电路运算放大器实现，主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。
所以，更具体的原理图如下：
图2、单闭环直流调速系统具体原理图
2、控制结构图
有了原理图之后，把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示，就得到了系统的稳态结构框图。
图3、单闭环直流调速系统稳态结构框图
同理，用各环节的输入输出特性，即各环节的传递函数，表示成结构图形式，就得到了系统的动态结构框图。
由所学的相关课程知：放大环节可以看成纯比例环节，电力电子变换环节是一个时间常数很小的滞后环节，这里把它看作一阶惯性环节，而额定励磁下的直流电动机是一个二阶线性环节。
所以，可以得到如下的框图：
图4、单闭环直流调速系统动态结构框图
三、参数计算
设计完系统框图，就可以用已知的传递函数结合设计要求中给定的参数进行对系统静态和动态两套参数的计算。以便于后续步骤利用经典控制论对系统的分析。
为了方便以下的计算，每个参数都采用统一的符号，这里先列出设计要求中给出的参数及大小：
电动机：PN=10kwUN=220vIdN=55AnN=1000rpmRa=0.5Ω
晶闸管整流装置：二次线电压E2l=230vKs =44
主回路总电阻：R=1Ω
测速发电机：PNc=23.1kwUNc=110vIdN=0.21AnNc=1900rpm
系统运动部分：飞轮矩GD2=10Nm2
电枢回路总电感量：要求在主回路电流为额定值10﹪时，电流仍连续
生产机械：D=10s≤5﹪
1、静态参数设计计算
A、空载到额定负载的速降ΔnN
由公式：
（其中D，s已知）
得：ΔnN