直流电动机开环调速系统仿真

1、 2008级电气工程与自动化专业课程设计论文重庆文理学院电子电气工程学院 专业课程设计论文题 目 直流电动机开环调速系统仿真 专 业 电气工程与自动化 姓 名 班 级 08级电气3班 学 号 200808069010 2011年 06 月 11 日I直流电动机开环调速系统仿真【摘要】本文分析了直流电动机开环调速系统的控制器与被控对象的控制现象，以及开环控制系统对被控对象的控制的问题。同时给出解决减小扰动的控制方案。本文针对开环控制直流调速系统中的应用，给出了实验结果，并和闭环控制直流调速系统进行比较，使学生认识到采用开环控制方案对最基本的控制方案有一定的了解，并对闭环控制的优点有一定的认识。【

2、关键词】直流电动机开环调速；调速；Matlab仿真1引言 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，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统有逐步取代直流调速系统的趋势。然而，直流拖动控制系统毕竟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。因此，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统(伺服系统)、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力

3、拖动控制系统。在现代生产过程中，许多电机要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。而直流电动机开环调速系统具有良好的启动，制动性能，适宜在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到广泛的应用。从控制角度来看，直流调速还是交流拖动的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍的电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着模拟技术的逐渐成熟使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系

4、统能够 达到更高的性能，还能节省人力资源和降低系统成本，从而有效提高工作效率。事实上由于电机的容量较大，又要求电流的脉动较小，故采用三相全控桥式整流电路供电方案。为保证供电质量，应采用三相降压变压器将电源电压降低，为避免三次谐波电动势的不良影响，应采用/Y接法。2直流电动机开环调速系统原理 2.1原理直流开环调速系统的电气原理如图1所示。直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电，并通过改变触发器移相控制信号Uc调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图2所示。在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流

5、电源，直流电动机励磁由直流电源直接供电。图1 直流开环调速系统电气原理22个参数的理论计算值Generator)的同步电压连接。触发器的控制角（alphadeg端）通过了移相控制环节（shifter），移相控制模块的输入是移相控制信号Uc（图2中Uc），输出是控制角，移相控制信号Uc由常数模块设定。移相特性如图3所示。移相特性的数学表达式为在本模型中取，所以。在电动机的负载转矩输入端TL接入了斜坡（Ramp）和饱和(Satutration)两个串联模块，斜坡模块用于设置负载转矩上升速度和加载的时刻，饱和模块用于限制负载转矩的最大值。3仿真过程 3.1仿真原理图 图2 直流电动机开环调速系统的仿

6、真模型根据实验原理图在Matlab软件环境下查找器件、连线，接成入上图所示的线路图。1、 具体步骤a、点击图标，打开Matlab软件，在工具栏里根据提示点击，再点击matlab help，打开一个对话框，点击里的newmodel，创建一个文件头为的新文件。b、点击工具栏的，打开元器件库查找新的元器件。如果不知在哪里找到元器件，可以在里输入元器件的名称，键入ENTER即可查找。2、 所用元器件及其参数设置a、Three-Phase Sourceb、Universal Bridgec、Synchronized 6-Pulse Generator d、DC Machinee、Voltage Meas

7、urementf、Constantg、Fcnh、Senies RLC Branchi、 Mean Valuej、Scopek、Gainl、Saturationm、Rampn、Demuxo、DC Voltage SourceP、XY Graph13.3仿真结果根据上面的步骤查找器件，连线，即可画出原理图，运行之后，得到如下波形。 a. 整流器输出电压b.电枢两端电压c.电动机转速d.电枢电流e.电动机转矩曲线f、转矩-转速特性4仿真分析仿真的结果如图上图a,b,c,d,e,f所示。其中图a所示为整流器输出端的电压波形（局部），图b 所示为经平波电抗器后电动机电枢两端电压波形，该波形较整流器输出端

8、的电压波形脉动减少了许多，电压平均值在225V左右符合设计要求。图c 所示为转速变化过程，在全压直接起动情况下，起动电流很大，在2.5s左右起动电流下降为零（空载起动），起动过程结束，这时电动机转速上升到最高值。在起动0.5s后加额定负载，电动机的转速下降，电流增加。图e所示为电动机的转矩变化曲线，转矩曲线与电流曲线成比例。图f给出了工作过程中电动机的转矩-转速特性曲线。通过仿真反映了开环晶闸管-直流电动机系统的空载起动和加载工作情况。5总结 一开始拿到题目的时候自己就完全不知道如何下手，看到要求用matlab这个软件进行仿真分析，一下子就蒙了，似乎熟悉，似乎有模糊，熟悉是因为上学期，学习电力电子的时候用过，模糊的是现在大多数已经忘记怎么用了。不过，经过一轮摸索过后找到了以前的感觉，因此画起来就轻松多了。图是画起了，但是运行起来后，输出的波形总是不对。因为要对元件进行准确的参数设置，才能输出需要的的波形效果。而这也是我们感到最不容易的，必须要一一进行分析计算，最后再将得到的参数填写在相应的元件中去。通过本次的课程设计，不仅让自己学习到了专业知识，而且也对matlab这个软件有了进一步的熟悉，可以说是受益匪浅吧。在今后的学习中还需要进一步的努力，弥补不足之处！ 参考文献1 陈伯时. 电力拖动自动控制系统运动控制系统第3版M. 北京