精品資料（2021-2022年收藏）直流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真

1、濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計摘 要直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)因其調(diào)速控制方法簡單、調(diào)速性能良好而廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)現(xiàn)了共精度的速度控制要求，通過建立直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，是研究直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性的一個重要途徑。本畢業(yè)設(shè)計是在理解直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)速原理，針對雙閉環(huán)無靜差、雙組反并聯(lián)晶閘管直流可逆系統(tǒng)，建立三種系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，設(shè)計PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)、=配合控制可逆調(diào)速系統(tǒng)以及邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)控制器，應(yīng)用Matlab/Simulink, 建立他們的仿真模型并且分析他們的運(yùn)行性能。本設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)很多，例如系統(tǒng)參數(shù)修改方便，信息顯示全面，可以做性能參數(shù)對照顯示等。關(guān)

2、鍵詞：直流電機(jī)；MATLAB仿真；可逆調(diào)速ABSTRACTIn this paper ,DC motor speed control system because of its speed control method is simple, good speed performance and widely applied to actual production, to achieve a total accuracy requirements of speed control, through the establishment of the DC motor speed control

3、system simulation system, is an important way for the steady state and dynamic characteristics of the DC motor speed control system. This graduation design is in the structure of the system and the principle of speed regulation understanding of DC reversible speed control system, the double closed l

4、oop without static error, two anti parallel thyristor DC reversible system, establishes three kinds of control system structure, design of PWM reversible speed control system, alpha = control with reversible speed control system and logic non circulating current reversible speed control system appli

5、cation of Matlab/Simulink, simulation model is established, and their performance analysis of their. The utility model has the advantages of many, such as the system easy to modify parameters, comprehensive information display, you can control the display performance parameters. Key words： DC motor；

6、MATLAB simulation；Reversible speed目 錄摘要1ABSTRACT21 前言51.1 本課題研究的背景與意義51.2本課題國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀51.3 本課題主要研究內(nèi)容52 直流可逆拖動控制系統(tǒng)72.1 直流可逆拖動系統(tǒng)的分類72.1.1 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)72.1.2直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)72.2直流可逆系統(tǒng)調(diào)速原理82.3直流雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)82.4本章小結(jié)93 =配合控制的有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計103.1=配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理103.2 =配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的建模113.2.1系統(tǒng)主電路的建模123.2.2 控制電路的建

7、模和參數(shù)設(shè)置163.3 =配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與調(diào)試163.3.1 =配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置163.3.2 =配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析163.4 本章小結(jié)174 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計184.1 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理184.2 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的建模194.2.1 電路的建模和參數(shù)設(shè)置194.2.2 制電路的建模和參數(shù)設(shè)置264.3邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與調(diào)試264.3.1邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置264.3.2 邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析264.4 本章小結(jié)285 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的

8、設(shè)計295.1 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理295.2 直流直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的建模295.2.1主電路的建模和模型參數(shù)的設(shè)置295.2.2控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置325.3 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與調(diào)試335.3.1 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置335.3.2 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析335.4本章小結(jié)34結(jié)論35參考文獻(xiàn)36致謝381 前言1.1 本課題研究的背景與意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以直流電動機(jī)為代表的動力系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要作用，電機(jī)控制技術(shù)在理論和實(shí)踐中都得到了很深的研究。電機(jī)控制技術(shù)是基于電機(jī)為控制對象，控制器為核心的技術(shù)。隨著電力電

9、子裝置的傳輸結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，在自動控制理論的電力驅(qū)動組件的自動控制系統(tǒng)，可調(diào)的直流電壓的直流電機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)移動機(jī)械的直流電機(jī)速度的運(yùn)動控制的目的。 直流電動機(jī)的起動和制動性能是由于良好的，動態(tài)性能在實(shí)際生產(chǎn)和生活不可替代的作用，且具有無級調(diào)速，在更廣泛的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行平滑的調(diào)速，因此它被廣泛應(yīng)用于電氣傳動領(lǐng)域。直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)因其調(diào)速控制方法簡單、調(diào)速性能良好而廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際實(shí)現(xiàn)共精度的速度控制要求，通過建立直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，是研究直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性的一個重要途徑，因此本課題研究具有較大的實(shí)用價值和市場前景。1.2本課題國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀中國的電機(jī)控制技術(shù)

10、在解放以前，發(fā)展起步較為緩慢，但到了改革開放之后發(fā)展比較迅速。直流電機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用研究是從改革開放初期開始，然后我們的直流電機(jī)的研究已經(jīng)取得了一些成績，但水平差異較大的外之間，直到上世紀(jì)90年代，中國的大功率電機(jī)在很寬的范圍內(nèi)的重工業(yè)使用的技術(shù)是中國直流電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展比較成熟的標(biāo)志。目前，直流控制調(diào)速技術(shù)在我國發(fā)展已相當(dāng)?shù)某墒?，未來的發(fā)展也將走向主要向著智能化、交流化的發(fā)展方向?？傊?，隨著直流調(diào)速技術(shù)更加的成熟，未來不可估量，因此今后生產(chǎn)生后的一個階段,如發(fā)電機(jī)廠、電動機(jī)廠等,直流調(diào)速將發(fā)揮著不可替代的作用。1.3 本課題主要研究內(nèi)容本畢業(yè)設(shè)計主要通過在理解直流可逆調(diào)速原理的基礎(chǔ)上，對直流

11、電機(jī)采取三種調(diào)速方案，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)可逆調(diào)速控制。通過建立直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的模型來實(shí)現(xiàn)用占空比來調(diào)節(jié)可控電壓，進(jìn)而控制電機(jī)調(diào)速的要求，通過構(gòu)建=配合控制的調(diào)速系統(tǒng)的模型用這種方法控制電路的各種環(huán)流，通過控制觸發(fā)結(jié)構(gòu)，來控制電機(jī)的速度運(yùn)行，進(jìn)而控制電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，通過構(gòu)建邏輯控制的調(diào)速系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)系統(tǒng)模型，使用邏輯切換環(huán)節(jié)，徹底切斷了環(huán)流對直流電機(jī)調(diào)速控制的影響。建立這些模型進(jìn)行設(shè)計研究，利用Matlab軟件進(jìn)行建模和仿真，通過調(diào)試和修改參數(shù)進(jìn)行調(diào)試。通過這些理論與實(shí)踐的結(jié)合，讓我的工程應(yīng)用能力和動手能力得到全面鍛煉。第一章 介紹了直流調(diào)速的研究背景與意義，以及國內(nèi)外發(fā)展的基本現(xiàn)狀，同時也給

12、出了本論文的主要研究內(nèi)容。第二章主要研究直流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理，從理論上讓我明白了通過控制直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩來達(dá)到控制調(diào)速的方法，直流可逆調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)速關(guān)鍵是使電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩改變方向，通過改變電磁轉(zhuǎn)矩方向?qū)崿F(xiàn)電動機(jī)的正轉(zhuǎn)電動、正轉(zhuǎn)制動以及反轉(zhuǎn)電動、反轉(zhuǎn)制動等控制要求，即調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩來控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)系統(tǒng)調(diào)速控制。最后，介紹了直流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，它是速度與電流反饋控制。第三章主要研究了配合控制可逆調(diào)速的原理組成，然后根據(jù)原理建立起該可逆調(diào)速統(tǒng)的仿真模型，通過建模進(jìn)行仿真運(yùn)行和調(diào)試，得到了最終希望的結(jié)果，較好的實(shí)現(xiàn)了該調(diào)速系統(tǒng)的可逆調(diào)速。第四章本章主要介紹了邏輯可逆調(diào)速的原理與組成，建立

13、其可逆調(diào)速的模型，進(jìn)行仿真模擬，完成速度、電流雙閉環(huán)反饋的可逆調(diào)速，而且該系統(tǒng)具有良好的快速切換的性能。第五章介紹了直流PWM可逆調(diào)速的原理和組成，在理解原理的基礎(chǔ)之上建立直流PWM可逆調(diào)速的仿真模型，通過建立模型進(jìn)行仿真和調(diào)試，輸出可調(diào)的可逆的轉(zhuǎn)速、電流曲線，得到想要的結(jié)果，較好的實(shí)現(xiàn)了直流PWM可逆調(diào)速的性能。2 直流可逆拖動控制系統(tǒng)2.1 直流可逆拖動系統(tǒng)的分類直流電動機(jī)應(yīng)用調(diào)壓調(diào)速可以獲得良好的調(diào)速性能，調(diào)節(jié)電樞電壓首先要解決的問題是可控直流電源。大體上可以分為兩類，其中一類是直流晶閘管-電動機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)，它在二十世紀(jì)五六十年代的時候得到了廣泛的應(yīng)用，另一類是直流PWM調(diào)速系統(tǒng)，它是

14、由全控型電力電子器件組成的，現(xiàn)在在生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要的作用，而越來越受到重視。2.1.1 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的反并聯(lián)接線線路圖2.1所示。圖2.1可控整流裝置并聯(lián)可逆線路圖本設(shè)計的控制方法將創(chuàng)建兩個V-M直流可逆調(diào)速，即=無環(huán)流可逆調(diào)速環(huán)流可逆調(diào)速控制和邏輯控制，它們使用的觸發(fā)脈沖信號，整流器將三相交流變成可調(diào)的直流電壓可逆性，進(jìn)而控制電機(jī)運(yùn)行。2.1.2直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)如圖2.2所示，其組成主要有有交流電變成直流電的整流橋，將直流電壓變成可控的直流電壓的脈沖寬度變換器和動力裝置直流電機(jī)組成。三相交流電經(jīng)過整流裝置變成直流電，通過控制PW

15、M的占空比，將直流電壓調(diào)節(jié)成需要的可控電壓。PWM直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中最重要的脈沖寬度調(diào)節(jié)器，脈沖變換器的電路有很多種，大體上分為可逆和不可逆兩大類，不可逆由于平均電壓大于零，且速度不能逆轉(zhuǎn)?？赡娴囊话闶侨匦跃чl管組成的雙橋臂的電路。圖2.2直流PWM調(diào)速主電路的原理圖2.2直流可逆系統(tǒng)調(diào)速原理直流可逆調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)速關(guān)鍵是使電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩改變方向，通過改變電磁轉(zhuǎn)矩方向?qū)崿F(xiàn)電動機(jī)的正轉(zhuǎn)電動、正轉(zhuǎn)制動以及反轉(zhuǎn)電動、反轉(zhuǎn)制動等控制要求，如圖2.3所示。圖2.3 調(diào)速系統(tǒng)的四象限運(yùn)行直流電機(jī)調(diào)速原理是，通過控制電壓的極性或變換磁場方向，來控制電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速同號時，則電動機(jī)處于

16、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)加速電動狀態(tài)；當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速異號時，則電動機(jī)處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動狀態(tài)。本論文是通過改變電壓的極性來控制直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩不平衡，來實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)速。2.3直流雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速組成上是，ACR為內(nèi)環(huán)，ASR為外環(huán)的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速、電流控制直流調(diào)速原理圖如圖2.4所示，其組成主要有調(diào)節(jié)速度的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)電流的電流調(diào)節(jié)器、提供合適可控電壓的電力電子變換器和直流電機(jī)。這樣以ACR為核心的內(nèi)環(huán)和以ASR為核心的外環(huán)組成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速控制結(jié)構(gòu)。圖2.4 轉(zhuǎn)速、電流控制直流調(diào)速原理圖在結(jié)構(gòu)上以電流為內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速為外環(huán)的雙閉環(huán)直流調(diào)

17、速系統(tǒng)在負(fù)載擾動和電網(wǎng)電壓擾動上有很好的抑制作用。2.4本章小結(jié)本章主要研究直流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理，從理論上讓我明白了通過控制直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩來達(dá)到控制調(diào)速的方法，直流可逆調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)速關(guān)鍵是使電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩改變方向，通過改變電磁轉(zhuǎn)矩方向?qū)崿F(xiàn)電動機(jī)的正轉(zhuǎn)電動、正轉(zhuǎn)制動以及反轉(zhuǎn)電動、反轉(zhuǎn)制動等控制要求，即調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩來控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)系統(tǒng)調(diào)速控制。最后，介紹了直流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，它是速度與電流反饋控制。通過這些理論的學(xué)習(xí)，讓我對后面的工作有了非常有利的基礎(chǔ)。3 =配合控制的有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計3.1=配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理普通的晶閘管只能實(shí)現(xiàn)單向傳導(dǎo)功能，用

18、于直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)速，則需要使用有多個晶閘管組成的電路來保證，可以采用如圖2.1所示的電路，但會產(chǎn)生環(huán)流。 圖3.1 反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流如圖3.2所示，為=配合控制的可逆調(diào)速原理圖，四套平衡電抗器LC1 LC4和更大的電抗器LD，利用電流速度雙閉環(huán)反饋調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計控制電路。測速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生反饋電壓極性將直接影響到電機(jī)轉(zhuǎn)速改變該調(diào)速系統(tǒng)工作原理是，通過控制正組晶閘管觸發(fā)器的觸發(fā)延遲角和反組晶閘管觸發(fā)器觸發(fā)逆變角，使=。這樣保證不會出現(xiàn)較大的平均直流環(huán)流，同時四個環(huán)流電抗器是為了抑制瞬時脈動環(huán)流，平波電抗器是為了讓電流續(xù)流，保證晶閘管的導(dǎo)通。當(dāng)給定信號為鋸齒波形的觸發(fā)電路時，整流裝置將

19、交流電整流成相應(yīng)的直流可控電壓，控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，完成相應(yīng)的調(diào)速過程。圖3.2 配合控制的調(diào)速控制原理圖3.2 =配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的建模該可逆調(diào)速系統(tǒng)的模型建立如圖3.3所示。 圖3.3 =配合控制調(diào)速仿真模型3.2.1系統(tǒng)主電路的建模由圖3.2可知，電抗器用來消除環(huán)流的影響，三相交流電壓源用來提供三相交流電壓，晶閘管整流裝置主要是將三相交流電整流成可控的直流電，直流電機(jī)是動力產(chǎn)生的裝置。主電路建立的主電路模型如圖3.3所示圖3.4 =配合控制可逆調(diào)速的主電路模型對于三相對稱交流電壓源的建模和參數(shù)數(shù)值，從MATLAB仿真模塊中選擇好后，在選擇接地模塊進(jìn)行連接。圖3.5 三相交流電壓

20、源參數(shù)設(shè)置晶閘管整流橋建模和參數(shù)的設(shè)置，選擇“通用橋”模塊的功率電子模塊組，雙擊打開模塊的參數(shù)設(shè)置對話框，如圖3.6所示。將引腳修改為3，電容的數(shù)值為0.001，剩下的為默認(rèn)值。 圖3.5 “Universal Bridge”模塊參數(shù)設(shè)置和參數(shù)設(shè)置四個平衡反應(yīng)器的建模，首先選擇從一組相應(yīng)的模塊“RLC串聯(lián)分支”模塊，然后打開設(shè)置對話框，如圖3.6所示，電感值取為4e-2H。圖3.6均衡電抗器的建模與參數(shù)設(shè)置對于脈沖觸發(fā)器的建模和參數(shù)設(shè)置，選擇“同步6脈沖發(fā)生器”沖觸發(fā)器和其他相應(yīng)的簡單的模塊，如圖3.7中的MATLAB仿真模塊顯示脈沖，然后將該模塊封裝起來，如圖3.8所示。圖3.7 同步觸發(fā)器

21、圖3.8 同步脈沖觸發(fā)器封裝后子系統(tǒng)對于直流電機(jī)，選擇“從電機(jī)系統(tǒng)模塊直流機(jī)”模塊，電勵磁繞組直流電機(jī)F +F -恒定直流勵磁，勵磁電源從直流電壓源模塊中選擇，直流電動機(jī)的參數(shù)修改的數(shù)據(jù)如圖3.9所示。圖3.9 直流電動機(jī)參數(shù)設(shè)置3.2.2 控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置=配合控制的可逆調(diào)速系統(tǒng)的控制電路的組成由信號的給定環(huán)節(jié)用來提供信號，速度調(diào)節(jié)器ASR用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器ACR用來調(diào)節(jié)電流、2個偏置電路和3個反相器用來產(chǎn)生控制信號，電流反饋環(huán)節(jié)和速度反饋環(huán)節(jié)用來反饋到輸入端等。給定信號由簡單信號源組合而成。控制電路的其他有關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：電流反饋放大系數(shù)系數(shù)設(shè)置為0.1；速度反饋放大系數(shù)設(shè)設(shè)

22、置為1.調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置分別是：ASR: Kpn=50;Tn=10,上下限幅值為25，-25；ACR: Kpi=2、Ti=50、上下限幅為90，-90。其他沒有說明的為系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)。3.3 =配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與調(diào)試3.3.1 =配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置該調(diào)速系統(tǒng)所選擇的算法控制為ode23t； ASR: Kpn=50;Tn=10,上下限幅值為25，-25；ACR: Kpi=2、Ti=50、上下限幅為90，-90。其他沒有說明的為系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)。3.3.2 =配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)定完成后，開始模擬。如圖3.10是配合控制調(diào)速轉(zhuǎn)

23、速曲線和電流曲線。圖3.10 =配合控制調(diào)速的轉(zhuǎn)速變化曲線圖3.10配合控制調(diào)速轉(zhuǎn)速變化曲線從仿真結(jié)果可以看出直流電機(jī)在開始時的過渡期很小，中間存在著環(huán)流的影響，由此可知=配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速較好的實(shí)現(xiàn)了可逆調(diào)速，完成對系統(tǒng)的要求目標(biāo)。3.4 本章小結(jié)本章主要研究了該可逆調(diào)速的原理組成，然后根據(jù)原理建立起該可逆調(diào)速統(tǒng)的仿真模型，通過建模進(jìn)行仿真運(yùn)行和調(diào)試，得到了最終希望的結(jié)果，較好的實(shí)現(xiàn)了該調(diào)速系統(tǒng)的可逆調(diào)速。該調(diào)速的缺點(diǎn)，因?yàn)橛协h(huán)流的存在，需添加控制它的裝置，也就是環(huán)流電抗器，在經(jīng)濟(jì)上不太劃算，另外，晶閘管等元件在有環(huán)流時，易老化，壽命會減少。4 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計4.1 邏輯

24、無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理在可逆系統(tǒng)的一組晶閘管的工作，如果邏輯控制在完全封閉的狀態(tài)，另一組使用，以確保兩組晶閘管不同時工作，這是控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的邏輯控制。如圖4.1所示，邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的做成有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、兩個電流調(diào)節(jié)器1ACR和2ACR、兩個觸發(fā)裝置GTF和FTR、兩組晶閘管裝置VF和VR、零電流檢測環(huán)節(jié)ZC和直流電動機(jī)等組成。圖4.1 邏輯控制調(diào)速的原理圖該調(diào)速系統(tǒng)的原理圖與=配合控制的調(diào)速原理圖相比，電路都是采用多組反并聯(lián)連接晶閘管接線，控制系統(tǒng)采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)設(shè)計，觸發(fā)脈沖的零點(diǎn)位仍整定在=為90度，移相方法采用與相等的控制，平波電抗器 Ld用來控制

25、電流的續(xù)流 ，這都是與=配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速一樣的地方，區(qū)別是沒有了環(huán)流問題的影響，因而不用設(shè)置環(huán)流電抗器。邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的工作原理是：電動機(jī)的調(diào)速以無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)為核心的控制部件，三相交流電經(jīng)過整流裝置整流成可調(diào)節(jié)的直流電壓，而觸發(fā)裝置的觸發(fā)條件由無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)控制，只有當(dāng)輸入電壓Ui*和電流為零時，該裝置會發(fā)出邏輯切換指令，這樣使得原來工作的一組晶閘管停止工作，另一組開始工作，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的可逆調(diào)速過程。如圖4.2為邏輯控制切換程序的流程圖。圖4.2 DLC切換程序的流程圖4.2 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的建模邏輯無環(huán)流直流調(diào)速組成的仿真如圖4.3所示。建模分為兩部分，即主

26、電路的建模和控制電路的建模。4.2.1 電路的建模和參數(shù)設(shè)置由圖4.1所示，為邏輯控制調(diào)速原理圖，在邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)中，邏輯切換裝置DLC是一個非常重要的結(jié)構(gòu)，它主要是通過控制脈沖觸發(fā)器而發(fā)揮作用的，而同步脈沖觸發(fā)器是歸在主電路討論的，因此我們也將邏輯切換裝置DLC也歸到主電路進(jìn)行建模。這里主要介紹有關(guān)邏輯切換裝置的問題，以及反并聯(lián)二極管整流橋和其子系統(tǒng)的問題。(1) 邏輯切換裝置DLC的建模。在邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中，DLC是非 常重要的結(jié)構(gòu)。 圖4.3 邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速的仿真模型1）電平檢測器的建模。水平檢測的功能是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供后續(xù)電路，包括扭矩極性判別和零電流鑒別

27、器，它將扭矩信號極性的UI和零電流檢測信號的UIO轉(zhuǎn)換成數(shù)字量邏輯電路，運(yùn)算放大器在實(shí)際系統(tǒng)中使用繼電器的工作狀態(tài)，并利用MATLAB建模。 2）邏輯判斷電路建模。邏輯判斷電路根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運(yùn)行要求，基于可逆系統(tǒng)的正向和反向的操作要求的邏輯電路，邏輯切換指令后的邏輯運(yùn)算，關(guān)閉原組，打開另一組。其邏輯控制要求如下： (4.1) (4.2)符號的意義如圖4.4所示使用Simulink（數(shù)學(xué)）的數(shù)學(xué)邏輯模塊組（邏輯運(yùn)算符）模塊可以實(shí)現(xiàn)的功能。3）延時電路的建模。在邏輯判斷電路發(fā)出切換指令，必須通過封鎖，封鎖原信道群時延脈沖，通過延時打開另一組脈沖。在數(shù)字電路的DLC裝置耦合電容和二極管在NAND

28、門前實(shí)現(xiàn)延遲，它利用內(nèi)部集成電路芯片的特點(diǎn)?；跀?shù)值計算的計算機(jī)仿真，而不是通過增加一個二極管和一個電容器來實(shí)現(xiàn)延時。通過分析數(shù)字邏輯電路的DLC裝置功能的發(fā)現(xiàn)：當(dāng)輸出的超濾邏輯電路（UR）由“0”到“1”，延時電路應(yīng)該延遲；當(dāng)由“1”變成“0”或狀態(tài)不變，無延遲。在Simulink組離散模塊（單元延遲）工具箱延遲模塊，可以連接到滿足時延系統(tǒng)的仿真模型，根據(jù)功能要求，如圖4.4所示。將DLC模塊封裝起來如圖4.5所示。4）鏈保護(hù)電路建模。DLC裝置的最后一部分是邏輯鏈保護(hù)。正常時，邏輯電路輸出狀態(tài)Ublf和Ublr總是相反的。一旦DLC失效，同時為“1”相同，同時會引起兩個晶閘管橋開，我們必須

29、避免這樣的情況。利用模塊的邏輯操作的Simulink工具箱（邏輯運(yùn)算符）模塊可以實(shí)現(xiàn)“1”保護(hù)功能。（2）部分主電路子系統(tǒng)的建模與封裝。將除平波電抗器、直流電動機(jī)外的部分主電路按電氣原理結(jié)構(gòu)圖的關(guān)系進(jìn)行連接，得到圖4.6所示的部分主電路子系統(tǒng)，封裝后的子系統(tǒng)模塊符號如圖4.7所示。為了方便作圖，將同步脈沖觸發(fā)器的輸入端子順序稍作調(diào)整，其中“Uct”為脈沖控制端,“l(fā)n2”為觸發(fā)器開關(guān)信號控制端。圖4.4 DLC仿真模型圖4.5 DLC模塊封裝模型圖4.6環(huán)流部分主電路子系統(tǒng)封裝模塊符號圖4.7邏輯無環(huán)流部分主電路模型（3）建立主電路子系統(tǒng)。根據(jù)主電路之間的連接，并能建立主電路的仿真模型。帶有輸

30、出測量裝著的整個主電路建模如圖4.8所示。圖4.8 帶有輸出測量裝置的主電路仿真模型4.2.2 制電路的建模和參數(shù)設(shè)置該可逆調(diào)速的控制電路組成：信號的給定環(huán)節(jié)用來提供信號，速度調(diào)節(jié)器ASR用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器ACR用來調(diào)節(jié)電流、2個偏置電路和3個反相器用來產(chǎn)生控制信號，電流反饋環(huán)節(jié)和速度反饋環(huán)節(jié)用來反饋到輸入端等。給定信號由簡單信號源組合而成?？刂齐娐放c電氣原理圖非常接近圖4.1。限幅器的限幅設(shè)定為 90，0 。對于默認(rèn)參數(shù)系統(tǒng)沒有其他的解釋。ASR: Kpn=50;Tn=10;上下限幅值為25，-25；ACR：Kpi=2; Ti=50、上下限幅值為90，-90；ACR1: Kpi1=2;

31、Ti1=50、上下限幅值為90，-90。4.3邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 4.3.1邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置該可逆調(diào)速系統(tǒng)的所選擇算法為ode23t；調(diào)節(jié)器的參數(shù)： ASR: Kpn=50;Tn=10;上下限幅值為25，-25；ACR：Kpi=2; Ti=50、上下限幅值為90，-90；ACR1: Kpi1=2;Ti1=50、上下限幅值為90，-90。限幅器的限幅設(shè)定為 90，0 。對于默認(rèn)參數(shù)系統(tǒng)沒有其他的解釋。4.3.2 邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析將設(shè)計好的模型進(jìn)行仿真即得到下面的結(jié)果，如圖4.9為邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)曲線和如圖4.10為邏輯無

32、環(huán)流可逆調(diào)速控制的電流變化曲線。圖4.9 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速曲線圖4.10 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速的電流變化曲線如圖4.11和圖4.12分別為DLC仿真模型輸入信號和輸出信號的波形圖4.11 DLC模型的兩個輸入端信號圖4.12 DLC模型的兩個輸出端信號從仿真結(jié)果來看，邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的模型較好的實(shí)現(xiàn)了可逆調(diào)速。4.4 本章小結(jié)本章主要介紹了該可逆調(diào)速的原理與組成，建立其可逆調(diào)速的模型，進(jìn)行仿真模擬，完成速度、電流雙閉環(huán)反饋的可逆調(diào)速，而且該系統(tǒng)具有良好的快速切換的性能。本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)是如何構(gòu)建邏輯切換環(huán)節(jié)，以及在構(gòu)建他的過程中需要注意的問題。該可逆調(diào)速采用雙電流調(diào)節(jié)器和雙觸發(fā)

33、控制裝置，與前面介紹的控制方案相比，它穩(wěn)定性較高，但是由于DLC中的延時造成了電流換相的死區(qū)，造成該可逆調(diào)速的過渡過程比前面介紹的在時間上要差一些。5 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計5.1 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理通過調(diào)節(jié)占空比的大小來控制直流電壓技術(shù)，將固定值的直流電壓通過晶閘管的開通與關(guān)閉來把它調(diào)制成大小可以控制，同時它的極性也可以改變的直流電壓，進(jìn)而來控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的可逆調(diào)速，這樣的控制技術(shù)，就是直流PWM調(diào)速?？赡娴腜WM調(diào)速則需要有雙閉橋的電路來實(shí)現(xiàn)，如圖5.1所示。圖5.1橋式可逆PWM變換器電路直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖5.2所示。系統(tǒng)的組成主要有整流橋、濾波電容器、

34、PWM控制器、電動機(jī)等組成。圖5.2 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理圖UPW脈寬調(diào)制器 GM調(diào)制波發(fā)生器 DLD邏輯延時環(huán)節(jié)GD基極驅(qū)動電路 FA瞬時動作的限流保護(hù)5.2 直流直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的建模直流脈寬調(diào)速的建模也是分為兩部分，即主電路的建模和控制電路的建模。5.2.1主電路的建模和模型參數(shù)的設(shè)置(1)主電路的建模和參數(shù)設(shè)置如圖5.3所示，主電路，交流電壓源整流器，濾波電容，IGBT逆變橋，直流電機(jī)等組成。圖5.3 直流脈寬調(diào)速的仿真模型對于三相對稱交流電壓源的建模和參數(shù)數(shù)值，從MATLAB仿真模塊中選擇好后，在選擇接地模塊進(jìn)行連接。雙擊電壓模塊的參數(shù)設(shè)置對話框，A相交流電源參數(shù)設(shè)置如圖5.4

35、所示，將電壓參數(shù)為220，初相位為0，電壓頻率為50。B相和C相一樣，初相位相差120。 圖5.4 A相電源參數(shù)設(shè)置晶閘管的建模和參數(shù)設(shè)置，如圖5.5所示。圖5.5 整流模塊參數(shù)設(shè)置對話框和參數(shù)設(shè)置IGBT逆變器橋的建模和參數(shù)設(shè)置，如圖5.6所示，其他參數(shù)可以默認(rèn)設(shè)置，如仿真不理想在修改。圖5.6 IGBT逆變器橋參數(shù)設(shè)置對話框和參數(shù)設(shè)置對于電機(jī)的參數(shù)，設(shè)置如圖5.7所示 圖5.7 直流電機(jī)的參數(shù)設(shè)置對話框和參數(shù)設(shè)置5.2.2控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的控制電路由一個給定的階躍信號用于提供信號，速度調(diào)節(jié)器ASR用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器ACR用來調(diào)節(jié)電流、2個偏置電路和3個反相器用

36、來產(chǎn)生控制信號，電流反饋環(huán)節(jié)和速度反饋環(huán)節(jié)用來反饋到輸入端等。給定信號由簡單信號源組合而成。如圖5.8所示。圖5.8 PWM信號發(fā)生器及其相關(guān)環(huán)節(jié)有關(guān)參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速控制電路給出了2s時間由50步改為100；速度反饋系數(shù)設(shè)置為1；ASR調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置如圖5.9所示。圖5.9 ASR調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置5.3 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與調(diào)試5.3.1 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置仿真的選擇算法為ode45；仿真的開始的時間設(shè)置為0，仿真結(jié)束的時間設(shè)置為4。5.3.2 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即開始仿真。如下圖5.10和圖5.11所示。圖5.10 直流PW

37、M可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真的轉(zhuǎn)速輸出曲線圖5.11 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真的電流曲線從圖5.11中我們可以看到，在電動機(jī)的啟動階段，電流很大，在速度達(dá)到穩(wěn)定值后，電流也趨于穩(wěn)定從上面的分析可以得出，直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真建模是可以的，較好的實(shí)現(xiàn)了快速的調(diào)速。5.4本章小結(jié)本章介紹了直流PWM可逆調(diào)速的原理和組成，在理解原理的基礎(chǔ)之上建立直流PWM可逆調(diào)速的仿真模型，通過建立模型進(jìn)行仿真和調(diào)試，輸出可調(diào)的可逆的轉(zhuǎn)速、電流曲線，得到想要的結(jié)果，較好的實(shí)現(xiàn)了直流PWM可逆調(diào)速的性能。結(jié) 論直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)因其調(diào)速控制方法簡單、調(diào)速性能良好而廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)現(xiàn)了共精度的速度控制要求，通過

38、建立直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，是一個穩(wěn)態(tài)的直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)動態(tài)特性的重要途徑。本論文要完成如下的內(nèi)容。（1）理解直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)速原理，（2）針對雙閉環(huán)無靜差、雙組反并聯(lián)晶閘管直流可逆系統(tǒng)，建立三種系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，設(shè)計PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)、=配合控制可逆調(diào)速系統(tǒng)以及邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)控制器。（3）應(yīng)用Matlab軟件, 構(gòu)建它們的仿真模型并且分析他們的運(yùn)行性能，得出結(jié)論。通過從了解原理，到建立模型，進(jìn)行仿真、調(diào)試和分析，到最終實(shí)現(xiàn)所希望的結(jié)果，都是理論與實(shí)踐相結(jié)合的過程。參考文獻(xiàn)1 陳伯時，阮毅. 電機(jī)拖動自動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)M. 4版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，201

39、32 周源深. 交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATNAB仿真M. 北京：中國電力出版社，20113 徐玲, 姚融融. 直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)J. 物理測試, 2007, 12 :59-624 吳云，周偉. 錯位無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的Matlab仿真J. 仿真技術(shù), 2010, 126 :59-625 Guoliang Zhong. Design of the Closed Loop Speed Control System for DC Motor. Computer and Information Science. 2009. 95-102 6 肖燕芳. 基于MATLAB/Simulink 的電機(jī)拖動系統(tǒng)的仿真分析與實(shí)現(xiàn)J. 科技資訊, 20079 姚建紅,戴琳,厲立國. 基于Matlab/Simulink的雙閉環(huán)直流調(diào)