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直流電動機轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計
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資料類別
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電子電工畢業(yè)論文（設(shè)計） |
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課程(專業(yè))
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電氣工程與自動化 |
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關(guān)鍵詞
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直流電動機|電流|轉(zhuǎn)速|(zhì)雙閉環(huán)|MATLAB |
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適用年級
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大學(xué) |
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身份要求
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普通會員 |
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金 幣
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100 （金幣如何獲得？） |
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文件格式
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word |
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發(fā)布時間
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2013-02-25 11:27:00 |
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無 |
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1 |
| 發(fā)布人 |
fei62008 |
內(nèi)容簡介：
（全文共38頁，16919字）
前 言
在電氣時代的今天，電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔�。直流電機是最常見的一種電機，在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。研究直流電機的控制和測量方法，對提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。我們希望達到的控制：啟動過程只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。故而采用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器來組成系統(tǒng)。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可以在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實行嵌套（或稱串級）聯(lián)接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再把電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上來說，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速換在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。
三十多年來，直流電機調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進。同時，控制電路已經(jīng)實現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領(lǐng)域中仍然難以替代。直流調(diào)速是指人為地或自動地改變直流電動機的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機械的要求。從機械特性上看,就是通過改變電動機的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機的機械特性,從而改變電動機機械特性和工作特性機械特性的交點,使電動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和實踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。
本設(shè)計分以下幾個部分，首先簡要介紹下本設(shè)計涉及到的各個方面要點，第二部分介紹雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和數(shù)學(xué)模型，第三部分介紹整個系統(tǒng)各單元模塊的設(shè)計，第四部分則是根據(jù)任務(wù)要求對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行工程設(shè)計的舉例，最后則是對MATLAB的簡介，并對仿真結(jié)果進行簡要分析。
目 錄
前言 1
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 緒 論 1
1.1課題的背景、目的及意義 1
1.2 本課題國內(nèi)、外研究應(yīng)用情況 1
1.2.1 采用新型電力電子器件 1
1.2.2 應(yīng)用現(xiàn)代控制理論 1
1.2.3 采用總線技術(shù) 2
1.2.4 內(nèi)含嵌入式操作系統(tǒng)的控制器正在進入電動機控制領(lǐng)域 2
1.3本課題采用的技術(shù)方案及技術(shù)難點 2
1.4本設(shè)計的主要研究內(nèi)容 3
1.4.1 建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 3
1.4.2 經(jīng)典控制部分 3
1.4.3 仿真部分 3
1.5 總體設(shè)計方案 3
1.5.1 供電方案選擇 3
1.5.2 總體結(jié)構(gòu)選擇 4
第2章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和數(shù)學(xué)模型 5
2.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 5
2.1.1 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) 5
2.1.2 調(diào)速系統(tǒng)的兩個基本矛盾 5
2.1.3 調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理 7
2.1.4 轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用 7
2.2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 8
2.2.1 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 8
2.2.2 動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 8
2.3 數(shù)學(xué)模型 8
第3章 單元模塊設(shè)計 9
3.1 轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計 9
3.2 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計 9
3.3 電流檢測電路設(shè)計 9
3.4 整流及晶閘管保護電路設(shè)計 10
3.4.1 過電壓保護和du/dt限制 10
3.4.2 過電流保護和di/dt限制 11
3.5晶閘管的觸發(fā)電路 12
第4章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計 13
4.1 整流變壓器容量的計算和選擇 13
4.2 整流元件晶閘管的選型 15
4.3 電抗器設(shè)計 16
4.4 主電路保護電路設(shè)計 17
4.4.1過電壓保護設(shè)計 17
4.4.2過電流保護設(shè)計 18
4.5 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 19
4.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 21
第5章 MATLAB的簡介與仿真 24
5.1 MATLAB的介紹 24
5.2 MATLAB的安裝與啟動 24
5.2.1 MATLAB的安裝 25
5.2.2 MATLAB的啟動運行 25
5.3系統(tǒng)建模 25
5.4 仿真結(jié)果 26
5.4.1轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果 26
5.4.2 電流仿真結(jié)果 26
5.5 仿真結(jié)果分析 27
結(jié) 論 28
致 謝 29
參考文獻 30
摘 要
直流電動機電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)，是目前直流調(diào)速系統(tǒng)中的主流設(shè)備，具有調(diào)速范圍寬、平穩(wěn)性好、穩(wěn)速精度高等優(yōu)點，在理論和實踐方面都是比較成熟的系統(tǒng)，在拖動領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。
由于直流電動機電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速是各種電機調(diào)速的基礎(chǔ)，本文就直流電動機調(diào)速進行了較系統(tǒng)的研究，從分析其工作原理，然后建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，進行動態(tài)校正，并采用MATLAB進行仿真，分析了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計方法中由于忽略和簡化造成的誤差。
對于電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，在設(shè)計和調(diào)試過程中有大量的參數(shù)需要計算和調(diào)整，運用傳統(tǒng)的設(shè)計方法工作量大，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy。本文對直流電動機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進行設(shè)計，選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，進行參數(shù)計算和近似校檢，根據(jù)給出和計算出的相應(yīng)參數(shù)建立起制動、抗電網(wǎng)電壓擾動和抗負(fù)載擾動的MATLAB仿真模型，分析轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形，并進行調(diào)試，使雙閉環(huán)控制系統(tǒng)趨于完善、合理。
關(guān)鍵詞：直流電動機，電流，轉(zhuǎn)速，雙閉環(huán)，MATLAB
ABSTRACT
For DC current, speed double closed loop control system is a complex automatic control system, dc speed control system is at present the mainstream equipment, with wide range of speed, good stability, high precision of steady speed advantage, in the aspects of the theory and practice is the more mature system, in the field of drag plays a very important role.
For DC current and speed because double closed loop speed regulation is the foundation of all kinds of motor speed control, this paper for dc speed control is the system the research, from the analysis of the working principle, and then establish relevant mathematical model, dynamic calibration, and based on MATLAB, and simulation analysis the double closed loop speed regulation system of engineering design method which is due to ignore and simplify the errors.
For current and speed double closed loop control system, in the design and debug in the process to have a large number of parameters need to calculate and adjustment, the use of traditional design method of the workload is big, system commissioning difficult. This paper of DC motor double closed loop control system design, choose regulator structure, parameter calculation and approximate school inspection, according to give and calculated the corresponding parameter set up brake, fight the network voltage disturbance and disturbances of MATLAB simulation model, analyzes the current wave speed and simulation, and debugging, make double closed loop control system perfect, reasonable.
Key words:DC motivation, Current, Speed, Double closed loop,MATLAb
第一章 緒論
1.1課題的背景、目的及意義
直流電動機具有良好的起、制動性能，調(diào)速性能好，起動轉(zhuǎn)矩大，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速等優(yōu)點，其調(diào)速控制系統(tǒng)歷來在工業(yè)控制中占有極其重要的地位。而且由于直流電動機具有幾號的運動性能和控制特性，盡管它不如交流電動機那樣結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、制造方便、維護容易，但是長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位。在我國許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、海洋鉆探、金屬加工、紡織、造紙以及高層建筑等需要高性能可控電力拖動場合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)，尤其是電流-轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實踐上都比較成熟，從控制技術(shù)角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此加強對直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展有利于更進一步發(fā)展交流調(diào)速系統(tǒng)，促進調(diào)速系統(tǒng)的進一步完善。
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