直流调速系统动态特性的仿真分析大学论文Word文档下载推荐.docx

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年月日

毕业设计任务书

毕业设计题目：

直流调速系统动态特性的仿真分析

系部：

机械工程系专业：

机械电子工程学号：

学生：

指导教师（含职称）：

1．课题意义及目标

学生应该通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，在深入理解直流调速控制系统工作原理的基础上，建立系统的数学模型，并利用MATLAB中的GUI工具，对直流调速系统动态特性进行仿真，给出仿真实验结果。

为学生在毕业后从事机电控制系统设计工作打好基础。

2．主要任务

（1）分析直流调速控制系统的工作原理；

（2）建立系统的数学模型；

（3）编写MATLAB/GUI仿真程序；

（4）调试、分析仿真结果；

3．主要参考资料

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：

机械工业出版社，2004.

[2]齐占庆，王振臣.电气控制技术[M].北京：

机械工业出版社，2002.

[3]阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：

机械工业出版社，2011.

4．进度安排

设计各阶段名称

起止日期

1

查阅文献，总体规划，完成开题报告

2016.02.29~2016.03.11

2

分析直流调速控制系统的工作原理

2016.03.12~2016.03.20

3

建立系统的数学模型

2016.03.21~2016.04.10

4

编写MATLAB/GUI仿真程序，中期检查

2016.04.11~2016.04.29

5

调试、分析仿真结果

2016.04.30~2016.05.22

6

整理毕业论文，准备答辩

2016.05.23~2016.06.05

审核人：

年月日

摘要：

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其他调速系统的基础。

用MATLAB软件中的GUI进行仿真，不仅使用方便，也大大降低了研究成本。

本文叙述了直流电动机的基本原理和调速原理，介绍了直流电动机单闭环和双闭环调速系统的动态特性，并建设立了调速系统的数学模型，给出了动态结构框图，用工程设计方法设计了直流电动机双闭环调速系统。

最后，用MATLAB/GUI软件搭建了仿真模型，对所要研究的调速系统进行了仿真研究。

通过对直流电动机双闭环调速系统动态特性的研究与仿真，可以清楚地看到，直流电动机双闭环调速系统具有较好的动态性能。

关键词：

直流调速；

双闭环、单闭环系统；

电流调节器；

转速调节器；

GUI仿真

SimulationResearchonSpeedRegulationSystemofDCMotor

Abstract：

DCmotorhasagoodeffect,brakingperformance,appropriateforsmoothspeedcontrolinawiderange,andDCspeedcontrolsystembothintheoryandpracticemoremature,istostudythebasisofothercontrolsystem.TheDCconverterusingMATLAB/GUIsoftwaresystemforsimulationofvirtualenvironmentsisnotonlyeasytouse,butalsogreatlyreducetheresearchcosts.

ThispaperdescribesthebasicprincipleofDCmotorandspeedcontrolprinciple,introducedthesinglereturncircuitDCmotoranddual-loopspeedcontrolsystemcomponentsandthestaticanddynamiccharacteristics,andaccordingtothebasicequationofDCmotorspeedcontrolsystemconstructionestablishedamathematicalmodeldiagramshowsthedynamicstructure,designedbyengineeringdesignofDCSpeed​​Regulationsystem.Finally,thesimulationsoftwareMATLAB/GUIsimulationmodelbuiltonthespeedcontrolsystemwassimulated.

ByDCMotorSpeed​​Regulationofthedynamiccharacteristicsandsimulation,wecanseeclearly,double-loopDCmotorspeedcontrolsystemhasgooddynamicperformance,youcanwithinagivenspeed,asmoothstaticerror-freespeed

Keywords:

SpeedcontrolofDC-drivers；

Double-closed-loop；

Currentregulator；

Speedregulator；

Computersimulation；

GUIsimulation

1绪论

1.1直流调速系统的概述

直流电机能在大范围内平滑调速，且具有良好的制动和启动性能，在机械、电气自动化等许多领域中得到非常普遍的的应用。

这几年，交流调速系统势头很猛，但是，直流拖动控制系统毕竟在实践和理论上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度看，它又是交流拖动控制系统的基础[2]。

直流调速系统有开环调速系统、单闭环调速系统、双闭环调速系统、三环调速系统、弱磁控制的直流调速系统等。

直流调速系统的动态特性包括：

动态跟随性能、动态抗扰性能。

动态抗扰性能又包括：

抗负载扰动和抗电网电压扰动。

跟随性能的性能指标有：

上升时间

、超调量

、和调节时间

。

抗扰性能在本论文中只分析抗负载扰动的性能。

抗扰性能指标包括：

动态降落

、恢复时间

和峰值时间

在实际的生产活动中对动态的性能指标要求不同。

可逆轧机对转速的动态跟随性能和抗扰性能要求都较高，而一般的不可逆调速系统主要要求转速的抗扰性能，跟随性能影响不大。

1.2MATLAB/GUI软件的介绍

MATLAB是matrixlaboratory的缩写，意思是矩阵实验室。

MATLAB是一种高效的计算语言,且把编程、计算和可视化等功能集成到一个环境。

在用MATLAB的过程中，我们可以按照我们的思维方式和表达形式来完成自己的工作。

MATLAB是一个交互式的系统，其数据元素没有维数限制，这为我们处理大数据提供了方便。

MATLAB是一个很有效的数值计算和可视化软件，它提供的动态系统仿真工具是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。

GUI是实现人机交互的中介，具有强大的功能，可以完成许多复杂的程序模块。

MATLAB的典型应用包括以下几点：

数学计算、算法开发、数据采集、系统建模和仿真、数据分析和可视化、科学和工程绘图和应用软件开发（包括用户界面）[3]。

本论文接下来要用的仿真软件是MATLAB中的GUI仿真工具（MATLAB图形用户界面开发环境GUIDE）。

GUI界面给用户提供一个常见的界面，还提供一些控件，如按钮、列表框、滑块、菜单等。

用户图形界面应易于理解，且操作是可以预告的，所以当用户进行某一项操作时，它知道如何去做[1]。

创建MATLAB用户图形界面必须具有以下三类基本元素：

1）组件、2）图形窗口、3）回应。

实现一个GUI的过程包括两个基本任务：

一是GUI的组建布局，另一个是GUI组件编程[1]。

1.3论文的主要内容

本毕业设计的题目是：

直流调速系统动态特性的仿真分析。

题目中包含两个任务，即动态特性和仿真分析。

以直流电动机为对象，用工程设计方法设计直流电动机转速、电流双闭环调速系统，基于直流电动机的基本方程给出动态结构图，建立双闭环调速系统的数学模型，并应用MATLAB进行仿真，对仿真结果分析、研究。

主要工作如下：

（1）数学模型的建立

查阅书籍，根据直流电机的基本方程，建立双闭环调速系统的数学模型并给出动态结构图。

（2）系统方案设计

通过查看资料，了解直流电动机双闭环调速系统的最佳工程设计方法，并进行调速系统的设计。

采用工程设计方法选择调节器时，应该先根据控制系统的要求，判定要校正成那一类典型系统。

所以，应该深入了解Ⅰ型系统和Ⅱ型系统在性能上的区别。

然后再选择用PI调节器还是PID调节器。

（3）仿真的进行和结果的分析与探究

深入学习和掌握MATLAB下的GUI中的各个组件的作用，学习GUI中回调函数的编写。

学会改变所要对象的属性值，为后面的编程提供方便。

在布局GUI时，尽量使界面美观。

最后，根据GUI图像分析直流调速系统的动态特性，包括时域分析和频域分析。

2直流调速系统

2.1直流电动机的原理图

图2-1表示是一台最简单的两极直流电机模型，它的定子上，装设了一对用直流励磁的主磁极

和

，在转子上装设电枢铁心。

图2-1直流电机模型

2.1.1直流调速控制系统的分析与比较

（1）直流电动机转速的表达式：

（2-1）

式中　

-转速（r/min）；

-电枢电压（V）；

-电枢电流（A）；

-电枢回路总电阻（

）；

-励磁磁通（

-由电机结构决定的电势常数。

由式（2-1）可知，可通过以下方法调速：

1）改变电枢回路总电阻R；

2）调节电枢供电电压U；

3）减弱电动机磁通

对于无极调速系统，通过改变电枢电压的调速方式为最好。

减弱磁通调速范围不大，一般很少使用，通常只是配合调压使用。

（2）直流调速控制系统的发展阶段

1）开环直流调速控制系统

图2-2开环直流调速系统

存在的缺点是:

第一，电流是不能反向的。

第二，开环调速系统机械特性有有可能是断续的，是非线性的。

2）闭环直流调速控制系统

图2-3转速、电流双闭环调速系统图

从各方面实验，转速和电流双闭环具有良好的静、动态特性。

2.2直流调速系统的组成

典型反馈控制系统的结构中包含三个典型的部分:

即对象模型、控制器模型、反馈模型。

图2-4开环系统的结构图

图2-5闭环系统的结构图

2.3PID控制

PID在控制工程中使用广泛，它的结构灵活，在工业中有很大的优势,如机械、电气、液压等方面。

它有四种控制，分别是P、PD、PI、PID。

PID控制算法的示意图如图2-6

图2-6P1D控制算法的示意图

其中:

比例项的作用是只改变信号的增益而不影