直流可逆调速控制系统设计及仿真

济南大学 泉城学院 毕业设计 - 1 - 摘 要 直流电机调速控制系统因其调速控制方法简单、调速性能良好而广泛地应用于生产实际，实现了共精度的速度控制要求，通过建立直流电机调速控制系统仿真系统，是研究直流电机调速控制系统的稳态和动态特性的一个重要途径。本毕业设计是在理解直流可逆调速系统的系统结构和调速原理，针对双闭环无静差、双组反并联晶闸管直流可逆系统，建立三种系统控制结构，设计 PWM 可逆调速系统、 =配合控制可逆调速系统以及逻辑无环流可逆调速系统 控制器，应用 Matlab/Simulink, 建立他们的仿真模型并且分析他们的运行性能。本设计 的优点很多，例如系统参数修改方便，信息显示全面，可以做性能参数对照显示等。 关键词 ： 直流电机 ； MATLAB 仿真； 可逆调速 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 2 - ABSTRACT In 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 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 loop 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 application 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； MATLAB simulation； Reversible speed 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 3 - 目 录 摘要 . 1 ABSTRACT . 2 1 前言 . 5 1.1 本课题研究的背景与意义 . 5 1.2本课题国内外研究的现状 . 5 1.3 本课题主要研究内容 . 5 2 直流可逆拖动控制系统 . 7 2.1 直流可逆拖动系统的分类 . 7 2.1.1 V-M 可逆直流调速系统 . 7 2.1.2直流 PWM可逆调速系统 . 7 2.2直流可逆系统调速原理 . 8 2.3直流双闭环控制的结构 . 8 2.4本章小结 . 9 3 = 配合控制的有环流可逆直流调速系统的设计 . 10 3.1= 配合控制的有环流可逆调速系统的组成与原理 . 10 3.2 = 配合控制的有环流可逆调速系统的建模 . 11 3.2.1系统主电路的建模 . 12 3.2.2 控制电路的建模和参数设置 . 16 3.3 = 配合控制的有环流可逆调速系统的仿真与调试 . 16 3.3.1 = 配合控制的有环流可逆调速系统仿真参数设置 . 16 3.3.2 = 配合控制的有环流可逆调速系统的仿真与分析 . 16 3.4 本章小结 . 17 4 逻辑无环流可逆调速系统的设计 . 18 4.1 逻辑无环流可逆调速系统的组成与原理 . 18 4.2 逻辑无环流可逆调速系统的建模 . 19 4.2.1 电路的建模和参数设置 . 19 4.2.2 制电路的建模和参数设置 . 26 4.3逻辑无环流可逆调速系统的仿真与调试 . 26 4.3.1逻辑无环流直流可逆调速系统仿真参数设置 . 26 4.3.2 逻辑无环流直流可逆调 速系统的仿真与分析 . 26 4.4 本章小结 . 28 5 直流 PWM可逆调速系统的设计 . 29 5.1 直流 PWM可逆调速系统的组成与 原理 . 29 5.2 直流直流 PWM 可逆调速系统的建模 . 29 5.2.1主电路的建模和模型参数的设置 . 29 5.2.2控制电路的建 模和参数设置 . 32 5.3 直流 PWM 可逆调速系统的仿真与调试 . 33 5.3.1 直流 PWM可逆调速系统的仿真参数设置 . 33 5.3.2 直流 PWM可逆调速系统的仿真与分析 . 33 5.4本章小结 . 34 结论 . 35 参考文献 . 36 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 4 - 致谢 . 38 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 5 - 1 前言 1.1 本课题研究的背景与意义 随着科学技术的不断发展，以 直流电动机为代表的动力系统在生产生活中发挥着重要作用，电机 控制技术在理论和实践中都得 到了很深的研究。电机控制技术是基于电机为控制对象，控制器为核心的技术。 随着电力电子装置的传输结构的实现，在自动控制理论的 电力驱动组件的自动控制系统， 可调的直流电压的直流电机控制系统，实现移动机械的直流电机速度的运动控制的目的。 直流电动机的起动和制动性能是由于良好的，动态性能在实际生产和生活不可替代的作用，且具有无级调速，在更广泛的范围内能够进行平滑的调速， 因此它被广泛应用于电气传动领域。 直流电机调速控制系统因其调速控制方法简单、调速性能良好而广泛地应用于生产实际实现共精度的速度控制要求，通过建立直流电机调速控制系统仿真系统，是研究直流电机调速控制系统的稳态和动态特性的一个重要途径，因此本课题研究具有较大的实用价值和市场前 景。 1.2本课题国内外研究的现状 中国的电机控制技术在解放以前，发展起步较为缓慢，但到了改革开放之后 发展比较 迅速。 直流电机控制技术的应用研究是从改革开放初期开始，然后我们的直流 电机的研究已经取得了一些成绩，但水平差异较大的外之间，直到上世纪 90 年代，中国的大功率电机在很宽的范围内的重工业使用的技术是 中国直流电机控制技术发展比较成熟的标志。 目前，直流控制调速技术在我国发展已相当的成熟，未来的发展也将走向主要向着智能化、交流化的发展方向。总之，随着直流调速技术更加的成熟，未来不可估量，因此 今后 生产生后的 一个 阶段 ,如 发电机厂、电动机厂 等 ,直流调速 将发挥着不可替代的作用。 1.3 本课题主要研究内容 本毕业设计主要通过在理解直流可逆调速原理的基础 上，对直流电机采取三种调速方案，实现对直流电机可逆调速控制。通过建立 直流 PWM调速系统 的模型来实现用占空比来调节可控电压，进而控制电机调速的要求，通过构建 =配合控制的 调速系统的模型用这种方法控制电路的各种环流，通过控制触发结构，来控制电机的速度运行，进而控制电机的调速运行，通过构建 逻辑控制的调速 系统的仿真系统 系统 模型，使用逻辑切换环节，彻底切断了环流对直流电机调速控制 的影响。建立这些模型进行设计研究，利用 Matlab 软件 进行建模和仿真， 通过调试和修改参数进行调试。通过济南大学 泉城学院 毕业设计 - 6 - 这些理论与实践的结合，让我的 工程应用能力 和动手能力 得到全面锻炼。 第一章 介绍了直流调速的研究背景与意义，以及国内外发展的基本现状，同时也给出了本论文的主要研究内容。 第二章 主要研究直流可逆调速系统原理，从理论上让我明白了通过控制直流电机的电磁转矩来达到控制调速的方法，直流可逆调速系统实现可逆调速关键是使电动机的电磁转矩改变方向，通过改变电磁转矩方向实现电动机的正转电动、正转制动以及反转电动、反转制动等控制 要求，即调节电磁转矩来控制转速，实现电动机系统调速控制。最后，介绍了直流双闭环控制结构，它是速度与电流反馈控制。 第三章 主要研究了 配合控制 可逆调速的原理组成，然后根据原理建立起 该 可逆调速统的仿真模型，通过建模进行仿真运行和调试，得到了最终希望的结果，较好的实现了 该调速系统 的可逆调速。 第四章 本章主要介绍了 逻辑 可逆调速的原理与组成，建立 其可逆调速的模型，进行仿真模拟，完成速度、 电流 双闭环反馈 的可逆调速，而且该系统具有良好的快速切换的性能。 第五章 介绍了直流 PWM可逆调速的原理和组成，在理解原理的基础之上建立直 流PWM可逆调速的仿真模型，通过建立模型进行仿真和调试，输出可调的可逆的转速、电流曲线，得到想要的结果，较好的实现了直流 PWM可逆调速的性能。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 7 - 2 直流可逆拖动控制系统 2.1 直流可逆拖动系统的分类 直流电动机应用调压调速可以获 得良好的调速性能，调节电枢电压首先要解决的问题是可控直流电源。大体上可以分为两类，其中一类是 直流晶闸管 -电动机可逆调速系统，它在二十世纪五六十年代 的时候 得到了广泛的应用，另一类是直流 PWM调速系统，它是由全控型电力电子器件组成的， 现在 在生产生活中 发挥着重要的作用，而越来越受到重视。 2.1.1 V-M可逆直流调速系统 V-M可逆直流调速系统 的反并联 接线 线路图 2.1所示 。 图 2.1可控整流装置并联可逆线路 图 本设计的控制方法将创建两个 V-M 直流可逆调速，即 =无环流可逆调速环流可逆调速控制和逻辑控制， 它 们使用的触发脉冲信号， 整流器将三相交流变成 可调的直流电压可逆性，进而控制电机运行。 2.1.2直流 PWM可逆调速系统 直流 PWM可逆调速系统如图 2.2所示，其组成主要有 有交流电变成直流电的整流桥 ， 将直流电压变成可控的直流电压的脉冲宽度 变换器 和 动力装置 直流电机组成。三相交流电经过整流装置变成直流电，通过控制 PWM的占空比，将直流电压调节成需要的可控电压。 PWM 直流可逆调速系统的结构 中 最重要的 脉冲宽度 调节 器， 脉冲 变换器的电路有很多种， 大体上 分为可逆和不可逆两大类 ， 不可逆由于平均电压大于零，且速度不能逆转。 可逆的一般是全控性晶闸管组成的双桥臂的电路。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 8 - XA S RG MD L DG D P W MF AU P WT GMU n * +- U nT AU c图 2.2直流 PWM调速主电路的原理图 2.2直流可逆系统调速原理 直流可逆调速系统实现可逆调速关键是使电动机的电磁转矩改变方向，通过改变电磁转矩方向实现电动机的正转电动、正转制动以及反转电 动、反转制动等控制要求，如图 2.3所示。 图 2.3 调速系统的四象限运行 直流电 机调速原理是，通过控制电压 的极性或变换 磁场方向，来控制电磁转矩。当电磁转矩与转速同号时，则电动机处于正转或反转加速电动状态；当电磁转矩与 转速异号时，则电动机处于正转或反转制动状态。本论文是通过改变 电压的极性来控制直流电机 电磁转矩，使电机的电磁转矩与负载转矩不平衡，来实现可逆调速 。 2.3直流双闭环控制的结构 转速、电流反馈控制的 双闭环 直流调速组成上是， ACR 为内环， ASR 为外环的结构， 转速、电流控制直流调速原理图 如图 2.4 所示，其组成主要有 调节速度的 转速调济南大学 泉城学院 毕业设计 - 9 - 节器、 调节电流的 电流调节器、 提供合适可控电压的 电力电子变换器和 直流电机。这样以 ACR为核心的内环和以 ASR为核心的外环组成了转速、电流反馈控制直流调速 控制结构 。 图 2.4 转速、电流控制直流调速原理图 在结构上以电流为内环、转速为外环的双闭环直流调速系统在负载扰动和电网电压扰动上有很好的抑制作用。 2.4本章小结 本章主要研究直流可逆调速系统原理， 从理论上让我明白了通过控制直流电机的电磁转矩来达到控制调速的方法， 直流可逆调速系统实现可逆调速关键是使电动机的电磁转矩改变方向，通过改变电磁转矩方向实现电动机的正转电动、正转制动以及反转电动、反转制动等控制要求 ， 即调节电磁转矩来控制转速，实现电动机系统调速控制。 最后，介绍了直流双闭环控制结构，它是速度与电流反馈 控制。 通过这些理论的学习，让我对后面的工作有了非常有利的基础。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 10 - 3 = 配合控制的有环流可逆直流调速系统的设计 3.1 =配合控制的有环流可逆调速系统的组成与原理 普通的晶闸管只能实现单向传导功能，用于直流电机 实现可逆调速，则需要使用有多个晶闸管组成的电路来保证 ， 可以采用 如图 2.1所示的电路， 但会产生环流。 图 3.1 反并联可逆 V-M系统中的环流 如图 3.2所示，为 =配合控制的可逆调速 原理图， 四套平衡电抗器 LC1 LC4和更大的 电抗器 LD，利用电流速度 双闭环反馈调速系 统 ，设计控制电路。 测速发电机产生反馈电压极性将直接影响到电机转速改变 该调速系统 工作原理是 ， 通过控制正组晶闸管触发器的触发延迟角和反组晶闸管触发器触发逆变角，使 =。这样保证不会出现较大的平均直流环流，同时四个环流电抗器是为了抑制瞬时脉动环流，平波电抗器是为了让电流续流，保证晶闸管的导通。当给定信号为锯 齿波形的触发电路时，整流装置将交流电整流成相应的直流可控电压，控制直流电机转速，完成相应的调速过程。 图 3.2 配合控制的 调速控制原理图 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 11 - 3.2 =配合控制的有环流可逆调速系统的建模 该 可逆调速系统的模型建立如图 3.3所示。 图 3.3 =配合控制调速仿真模型 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 12 - 3.2.1系统主电路的建模 由图 3.2可知，电抗器 用来消除环流的影响，三相交流电压源用来提供三相交流电压，晶闸管整流装置主要是将三相交流电整流成可控的直流电， 直流电机 是动力产生的装置 。主电路建立的主电路模型如图 3.3 所示 图 3.4 =配合控制可逆调速的主电路模型 对于三相对称交流电压源的建模和参数数值，从 MATLAB 仿真模块中选择好后，济南大学 泉城学院 毕业设计 - 13 - 在选择接地模块进行连接。 图 3.5 三相交流电压源参数设置 晶闸管整流桥建模和参数的设置，选择“通用桥”模块的功率电子模块组，双击打开模块的参数设置对话框，如图 3.6所示。 将引脚修改为 3，电容的数值为 0.001，剩下的为默认值。 图 3.5 “ Universal Bridge”模块参数设置 和参数设置四个平衡反应器的建模，首先选择从一组相应的模块“ RLC串联分支”济南大学 泉城学院 毕业设计 - 14 - 模块 ，然后打开设置对话框，如图 3.6所示， 电感值 取 为 4e-2H。 图 3.6均衡电抗器的建模与参数设置 对于脉冲触发器的建模和参数设置， 选择“同步 6脉冲发生器”冲触发器和其他相应的简单的模块，如图 3.7中的 MATLAB仿真模块显示脉冲，然后将该模块封装起来，如图 3.8所示。 图 3.7 同步触发器 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 15 - 图 3.8 同步脉冲触发器封装后子系统 对于直流电机，选择“从电机系统模块直流机”模块，电励磁绕组直流电机 F + F -恒定直流励磁， 励磁电源从直流电压源模块中选择 ，直流电动机的参数修改的数据 如 图 3.9所示。 图 3.9 直流电动机参数设置 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 16 - 3.2.2 控制电路的建模和参数设置 =配合控制的 可逆调速系统的控制电路的组成由信号的 给定环节 用来提供信号 ，速度调节器 ASR 用来调节转速 、电流调节器 ACR用来调节电流 、 2个偏置电路和3个反相器用来产生控制信号，电流反馈环节和 速度反馈环节 用来反馈到输入端 等。给定信号由简单信号源组合而成。 控制电路的 其他 有关参数设置如下： 电流 反馈放大系数 系数设置为 0.1；速度反馈 放大系数设设置为 1. 调节器的参数设置分别是： ASR: Kpn=50;Tn=10,上下 限幅值为 25， -25； ACR: Kpi=2、 Ti=50、上下限幅为 90， -90。 其他没有说明的为系统默认的参数。 3.3 =配合控制的有环流可逆调速系统的仿真与调试 3.3.1 =配合控制的有环流可逆调速系统仿真参数设置 该 调速 系统 所选择的算法 控制 为 ode23t； ASR: Kpn=50;Tn=10,上下限幅值为 25， -25； ACR: Kpi=2、 Ti=50、上下限幅为 90， -90。 其他没有说明的为系统默认的参数。 3.3.2 =配合控制的有环流可逆调速系统的仿真与分析 当建模和参数设定完成后，开始模拟 。如图 3.10 是配合控制调速转速 曲线 和电流 曲线 。 图 3.10 =配合控制调速的 转速变化 曲线 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 17 - 图 3.10配合控制调速 转速 变化曲线 从仿真结果可以看出 直流电机在开始时的过渡期很小，中间存在着环流的影响，由此可知 =配合控制的有环流可逆调速较好的实现了可逆调速，完成对系统的要求目标。 3.4 本章小结 本章主要研究了 该 可逆调速的原理组成，然后根据原理建立起 该 可逆调速统的仿真模型，通过建模进行仿真运行和调试，得到了最终希望的结果，较好的实现了 该调速系统 的可 逆调速。 该调速的缺点，因为有环流的存在，需添加控制它的装置，也就是环流电抗器，在经济上不太划算，另外，晶闸管等元件在有环流时，易老化，寿命会减少。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 18 - 4 逻辑无环流可逆调速系统的设计 4.1 逻辑无环流可逆调速系统的组成与原理 在可逆系统的一组晶闸管的工作，如果逻辑控制在完全封闭的状态，另一组使用，以 确保两组晶闸管不同时工作，这是控制无环流可逆调速系统的逻辑控制 。如图 4.1所示，逻辑无环流可逆调速系统的做成有转速调节器 ASR、两个电流调节器 1ACR 和2ACR、两个触发装置 GTF 和 FTR、 两组晶闸管装置 VF和 VR、零电流检测环节 ZC和直流电动机等组成。 图 4.1 逻辑控制调速 的 原理图 该调速系统的 原理图与 =配合控制的 调速原理图相比， 电路 都是采用多 组 反并联连接 晶闸管 接线 ，控制系统采用典型的转速、电流双闭环 设计 ，触发脉冲的零点位仍整定在 = 为 90度，移相方法 采用 与 相等的控制， 平波电抗器 Ld用来控制电流的续流 ，这都是与 =配合控制的有环流可逆调速一样的地方，区别是没有了环流 问题的影响 ， 因而 不用设置环流电抗器。 逻辑无环流可逆调速系统的工作原理是：电动机的调速以无环流逻辑 控制环节为核心的控制部件，三相交流电经过整流装置整流成可调节的直流电压，而触发装置的触发条件由无环流逻辑控制环节控制，只有当输入电压 Ui*和电流为零时，该装置会发出逻辑切换指令，这样使得原来工作的一组晶闸管停止工作，另一组开始工作，实现电动机的可逆调速过程。如图 4.2为逻辑控制切换程序的流程图。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 19 - 图 4.2 DLC切换程序的流程图 4.2 逻辑 无环流可逆调速系统的建模 逻辑无环流直流调速组成的仿真如图 4.3 所示。建模分为两部分，即主电路的建模和控制电路的建模。 4.2.1 电路的建模和参数设置 由图 4.1所示， 为逻辑控制调速原理图，在逻辑无环流调速 系统中，逻辑切换装置 DLC是一个非常重要的结构，它主要 是 通过 控制脉冲触发器 而发挥作用的 ，而同步脉冲触发器是归在主电路讨论的，因此我们也将逻辑切换装置 DLC也归到主电路进行建模。 这里主要介绍有关 逻辑切换装置 的问题 ， 以及 反并联 二极管整流桥和其子系统的问题 。 (1) 逻辑切换装置 DLC 的建模。在逻辑无环流可逆调速系统 中， DLC 是非 常重要的结构。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 20 - 图 4.3 逻辑无环流直流可逆调速的仿真模型 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 21 - 1）电平检测器的建模。 水平检测的功能是把模拟信号转换成数字信号供后续电路，包括扭矩极性判别和零电流鉴别器， 它将扭矩信号极性的 UI 和零电流检测信号的 UIO转换成数字量逻辑电路，运算放大器在实际系统中使用继电器的工作状态，并利用 MATLAB建模。 2） 逻辑判断电路建模 。逻辑判断电路根据可逆系统正反向运行要求， 基于可逆系统的正向和反向的操作 要求的逻辑电路，逻辑切换指令后的逻辑运算，关闭原 组，打开另一组。 其逻辑控制要求如下： ZTR UUU FU (4.1) ZTF UUU RU (4.2) 符号的意义如图 4.4 所示使用 Simulink（数学）的数学逻辑模块组（逻辑运算符）模块可以实现的功能。 3）延时电路的建模。 在逻辑判断电路发出切换指令，必须通过封锁，封锁原信道群时延脉冲，通过延时打开另一组脉冲。在数字电路的 DLC装置耦合电容和二极管在 NAND 门前实现延迟，它利用内部集成电路芯片的特点。基于数值计算的计算机仿真，而不是通过增加一个二极管和一个电容器来实现延时。通过分析数字逻辑电路的DLC 装置功能的发现：当输出的超滤逻辑电路（ UR）由“ 0”到“ 1”，延时电路应该延迟；当 由 “ 1” 变 成 “ 0”或状态不变，无延迟。 在 Simulink 组离散模块（单元延迟）工具箱延迟模块，可以连接到满足时延系统的仿真模型，根据功能要求， 如图4.4所示。将 DLC模块封装起来如图 4.5所示。 4）链保护电路建模。 DLC装置的最后一部分是逻辑链保护 。正常时，逻辑电路输出状态 和 总是相反的。 一旦 DLC 失效，同时为“ 1”相同，同时会引起两个晶闸管桥开，我们必须避免这样的情况。利用模块的逻辑操作的 Simulink 工具箱（逻辑运算符）模块可以实现“ 1”保护功能 。 （ 2）部分主电路子系统的建模与封装。将除平波电抗器、直流电 动机外的部分主电路按电气原理结构图的关系进行连接，得到图 4.6所示的部分主电路子系统，封装后的子系统模块符号如图 4.7所示。为了方便作图，将同步脉冲触发器的输入端子顺序稍作调整，其中 “Uct” 为脉冲控制端 ,“ln2” 为触发器开关信号控制端。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 22 - 图 4.4 DLC仿真模型 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 23 - 图 4.5 DLC模块封装模型 图 4.6环流部分主电路子系统封装模块符号 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 24 - 图 4.7逻辑无环流部分主电路模型 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 25 - （ 3）建立主电路子系统。根据主电路之间的连接，并能建立主电路的仿真模型。带有输出测量装着的整个主电路建模 如图 4.8 所示。 图 4.8 带有输出测量装置的主电路仿真模型 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 26 - 4.2.2 制电路的建模和参数设置 该 可 逆调速的控制电路组成 ： 信号的给定环节用来提供信号，速度调节器 ASR用来调节转速、电流调节器 ACR用来调节电流、 2个偏置电路和 3个反相器用来产生控制信号，电流反馈环节和速度反馈环节用来反馈到输入端等。给定信号由简单信号源组合而成。 控制电路与电气原理图非常接近 图 4.1。 限幅器的限幅设定为 90， 0 。对于默认参数系统没有其他的解释。 ASR: Kpn=50;Tn=10;上下限幅值为 25， -25； ACR： Kpi=2; Ti=50、上下限幅值为 90， -90； ACR1: Kpi1=2;Ti1=50、上下限幅值为 90， -90。 4.3逻辑无环流可逆调速系统的仿真与调试 4.3.1逻辑无环流直流可逆调速系统仿真参数设置 该 可逆调速系统的所选择算法为 ode23t；调节器的参数： ASR: Kpn=50;Tn=10;上下限幅值为 25， -25； ACR： Kpi=2; Ti=50、上下限幅值为 90， -90； ACR1: Kpi1=2;Ti1=50、上下限幅值为 90， -90。 限幅器的限 幅设定为 90， 0 。对于默认参数系统没有其他的解释。 4.3.2 逻辑无环流直流可逆调速系统 的仿真与分析 将设计好的模型进行仿真即得到下面的结果 ，如图 4.9为逻辑无环流可逆调速系统的转速调节曲线和如图 4.10为逻辑无环流可逆调速控制的电流变化曲线。 图 4.9 逻辑无环流可逆调速系统的转速曲线 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 27 - 图 4.10 逻辑无环流可逆调速 的电流变化曲线 如图 4.11和图 4.12 分别为 DLC仿真模型输入信号和输出信号的波形 图 4.11 DLC模型的两个输入端信号 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 28 - 图 4.12 DLC 模型的两个输出端信号 从仿真结果来看，逻辑无环流可逆调速系统的模型较好的实现了 可逆调速。 4.4 本章小结 本章主要介绍了 该 可逆调速的原理与组成，建立 其可逆调速的模型，进行仿真模拟，完成速度、 电流 双闭环反馈 的可逆调速，而且该系统具有良好的快速切换的性能。 本系统的实现难点是如何构建逻辑切换环节，以及在构建他的过程中需要注意的问题。 该可逆调速采用双电流调节器和双触发控制装置，与前面介绍的控制方案相比，它稳定性较高，但是由于 DLC中的延时造成了电流换相的死区，造成该可逆调速的过渡过程比前面介绍的在时间上 要差一些。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 29 - 5 直流 PWM可逆调速系统的设计 5.1 直流 PWM可逆调速系统的组成与原理 通过调节占空比的大小来控制直流电压 技术， 将固定值的直流电压通过晶闸管的开通与关闭来把它调制成大小可以控制，同时它的极性也可以改变的直流电压，进而来控制电机，实现电机的可逆调速，这样的控制技术，就是直流 PWM 调速。可逆的PWM调速则需要有双闭桥的电路来实现，如图 5.1所示。 图 5.1 桥式可逆 PWM变换器电路 直流脉宽调速系统原理图如图 5.2所示 。系统的组成主要有整流桥、滤波电容器、PWM控制器、电动机等组成。 XA S RG MD L DG D P W MF AU P WT GMU n * +- U nT AU c图 5.2 直流脉宽调速系统原理图 UPW 脉宽调制器 GM 调制波发生器 DLD 逻辑延时环节 GD 基极驱动电路 FA 瞬时动作的限流保护 5.2 直流直流 PWM可逆调速系统的建模 直流脉宽调速的建模 也是 分为两部分，即主电路 的建模 和控制电路 的建模。 5.2.1主电路的建模和模型参数的设置 (1)主 电路的建模和参数设置 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 30 - 如图 5.3 所示，主电路，交流电压源整流器，滤波电容， IGBT 逆变桥，直流电机等组成。 图 5.3 直流脉宽调速的仿真模型 对于三相对称交流电压源 的建模和参数数值，从 MATLAB 仿真模块中选择好后，在选择接地模块进行连接。双击电压模块 的 参数设置对话框， A 相交流电源参数设置如图 5.4 所示， 将电压参数为 220，初相位为 0，电压频率为 50。 B 相和 C 相一样，初相位相差 120。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 31 - 图 5.4 A相电源参数设置 晶闸管的建模和参数设置 ， 如图 5.5所示 。 图 5.5 整流 模块参数设置对话框和参数设置 IGBT逆变器桥的建模和参数设置， 如图 5.6所示， 其他参数可以默认设置，如仿真不理想在修改。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 32 - 图 5.6 IGBT逆变器桥参数设置对话框和参数 设置 对于电机的参数 ，设置如图 5.7所示 图 5.7 直流电机的参数设置对话框和参数设置 5.2.2控制电路的建模和参数设置 直流脉宽调速系统的控制电路 由 一个给定的阶跃信号用于提供信号 ，速度调节器ASR 用来调节转速、电流调节器 ACR 用来调节电流、 2 个偏置电路和 3 个反相器用来产生控制信号，电流反馈环节和速度反馈环节用来反馈到输入端等。给定信号由简单信号源组合而成。 如图 5.8所示。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 33 - 图 5.8 PWM信号发生器及其相关环节 有关参数如下：转速控制电路给出了 2s 时间由 50步改为 100；速度反馈系数 设置为 1； ； ASR调节器的参数设置如图 5.9所示。 图 5.9 ASR调节器的参数设置 5.3 直流 PWM可逆调速系统的仿真与调试 5.3.1 直流 PWM可逆调速系统的仿真参数设置 仿真的选择算法为 ode45；仿真的开始的时间设置为 0，仿真结束的时间设置为 4。 5.3.2 直流 PWM可逆调速系统的仿真与分析 当建模和参数设置完成后，即开始仿真。 如下图 5.10 和图 5.11 所示。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 34 - 图 5.10 直流 PWM可逆调速系统仿真的转速输出曲线 图 5.11 直流 PWM可逆调速系统仿真的电流曲线 从图 5.11 中我们可以看到，在电动机的启动阶段，电流很大，在速度达到稳定值后，电流也趋于稳定 从上面的分析可以得出，直流 PWM 可逆调速系统的仿真建模是可以的，较好的实现了快速的调速。 5.4本章小结 本章介绍了直流 PWM 可逆调速的原理和组成，在理解原理的基础之上建立直流PWM可逆调速的仿真模型，通过建立模型进行仿真和调试，输出可调的可逆的转速、电流曲线，得到想要的结果，较好的实现了直流 PWM可逆调速的性能。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 35 - 结 论 直流电机调速控制系统因其调速控制方法简单、调速性 能良好而广泛地应用于生产实际，实现了共精度的速度控制要求，通过建立直流电机调速控制系统仿真系统，是一个稳态的直流电机速度控制系统动态特性的重要途径。 本论文要完成如下的内容。 （ 1） 理解直流可逆调速系统的系统结构和调速原理， （ 2） 针对双闭环无静差、双组反并联晶闸管直流可逆系统，建立三种系统控制结构，设计 PWM 可逆调速系统、 =配合控制可逆调速系统以及逻辑无环流可逆调速系统控制器。 （ 3） 应用 Matlab 软件 , 构建它们 的仿真模型并且分析他们的运行性能 ，得出结论 。 通过从了解原理，到建立模型，进行仿真、调试 和分析，到最终实现所希望的结果，都是理论与实践相结合的过程。 济南大学 泉城学院 毕业设计 - 36 - 参考文献 1 陈伯时，阮毅 . 电机拖动自动控制系统 运动控制系统 M. 4版 . 北京：机械工业出版社，2013 2 周源深 . 交直流调速系统与 MATNAB仿真 M. 北京：中国电力出版社， 2011 3 徐玲 , 姚融融 . 直流电机控制系统设计与实现 J. 物理测试 , 2007, 12 :59-62 4 吴云，周伟 . 错位无环流直流可逆调速系统的 Matlab仿真 J. 仿真技术 , 2010, 126 :59-62 5 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 的电机拖