利用matlab仿真平台设计单闭环直流调速系统

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1、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。1、技术要求：电动机额定值为：，电枢晶闸管装置，三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y连接，二次线电压。、主回路总电阻测速发电机：永磁式，型，额定值为生产机械要求调速范围系统运动部分的飞轮力矩，按时计算电枢

2、回路总电感量：，2、设计要求：阐述单闭环直流调速系统的基本构成和工作原理分析所设计系统的静态性能指标和动态性能指标根据动态性能指标设计校正装置设计出系统的Simulink仿真模型，验证所设计系统的性能。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21目录一、摘要……………………………………………………………………3二、总体方案设计………………………………………………………41、控制原理2、控制结构图三、参数计算…………………………………

3、……………………………61、静态参数设计计算2、动态参数设计计算四、稳定性分析……………………………………………………………91、基于经典自控理论得分析2、利用MATLAB辅助分析A、利用根轨迹分析B、在频域内分析奈氏曲线：bode图利用单输入单输出仿真工具箱分析用Simulink仿真五、系统校正………………………………………………………………151、系统校正的工具2、调节器的选择3、校正环节的设计4、限流装置的选择六、系统验证………………………………………………………………191、分析系统的各项指标2、单位阶跃响应3、Si

4、mulink仿真系统验证系统运行情况七、心得体会………………………………………………………………21八、参考文献………………………………………………………………2121一、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

5、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21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

6、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：21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。21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

7、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

8、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21A、空载到额定负载的速降ΔnN由公式：（其中D，s已知）得：