可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的研究

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1、1緒論1.1運動控制系統(tǒng)概述運動控制系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設(shè)備——電動機為被控對象，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，以控制器為核心，在自動控制理論指導(dǎo)下組成的電力傳動自動控制系統(tǒng)，這類系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)換為機械能，能在控制電動機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角的同時實現(xiàn)機械的運動控制?；貞涍\動控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，其中交流和直流兩大電氣傳動技術(shù)同時存在于各個工業(yè)領(lǐng)域中，雖然再每個時期中，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展使它們所處的地位、所起的作用都會有不同，但是它們始終是隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，尤其是電力電子和微電子技術(shù)的發(fā)展，在不斷的相互競爭和相互促進中不斷地完善并發(fā)生著極大的變化。由于在歷史上最早被

2、發(fā)明出來，最早被利用的是直流電動機，因此在19世紀(jì)80年代以前，直流電氣傳動都是唯一的有效可用的電氣傳動方式。直到19世紀(jì)末，才出現(xiàn)了交流電動機且解決了三相制交流電的輸送和分配中遇到的各種問題，并在此基礎(chǔ)上制成了經(jīng)濟適用的鼠籠式異步電動機，這樣，經(jīng)過了一段時期的技術(shù)變革和進步，交流電氣傳動在工業(yè)中才逐步地得到應(yīng)用，并廣泛的推廣開來。隨著生產(chǎn)世界電氣和各項技術(shù)的發(fā)展，對電氣傳動在啟制動、調(diào)速精度、正反轉(zhuǎn)以及、靜態(tài)特性、雕塑范圍、動態(tài)響應(yīng)等各方面都提出了更高的要求，這就要求大量使用調(diào)速系統(tǒng)。由于直流電動機在調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能中的效果要比交流電動機的好，所以從20世紀(jì)

3、30年代起，世界就開始又大量的開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)。它的發(fā)展過程是由最早的旋轉(zhuǎn)變流機組控制發(fā)展為勵磁放大器、放大機控制；再隨著科學(xué)技術(shù)的進步，因為晶閘管的發(fā)明，用靜止的晶閘管變流裝置和模擬控制器實現(xiàn)直流調(diào)速開始廣泛的得到應(yīng)用；再到后來，開始用可控蒸餾和大功率晶體管組成的PWM控制電路實現(xiàn)數(shù)字化的直流調(diào)速，使得系統(tǒng)的快速性、經(jīng)濟性、可靠性不斷提高。調(diào)速性能的不斷提高和優(yōu)化，使直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。27直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的電氣傳動裝置之一。廣泛的應(yīng)用于軋鋼機、冶金、印刷、金屬切割機床等很多領(lǐng)域的自動控制中。它在以計算機做為工具的仿真系統(tǒng)

4、應(yīng)用時不僅省錢，而且安全，周期短、見效快。　　近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流調(diào)速系統(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，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)[1]，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?！　‖F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動機是主要的驅(qū)動設(shè)備。在各種高精工業(yè)生產(chǎn)中，工作可靠、速度控制精度高，并且不受環(huán)境溫度等條件的影響、具有參數(shù)自整定、故障報警、故障記憶等功能，給用戶的使用、維護提供極大方便的調(diào)速系統(tǒng)成為了當(dāng)今的熱門。而計算機和直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)合體，剛好具有以上特點。應(yīng)而，將來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，它將具有不可替代的優(yōu)勢1.2直

5、流調(diào)速控制系統(tǒng)發(fā)展概述在運動控制系統(tǒng)中，應(yīng)用最普遍、最廣泛的就是自動調(diào)速系統(tǒng)。在實踐和工程中，有許多的生產(chǎn)機械都要求要在一定的可調(diào)范圍內(nèi)進行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有優(yōu)良的靜、動態(tài)性能。直流調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點式就在于靜差率小，調(diào)速范圍廣、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能。在需要高性能系統(tǒng)的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，有相當(dāng)長時期都是使用的直流電力的拖動系統(tǒng)。按供電方式不停，它可分為交流拖動的直流發(fā)電機機組供電、水銀整流器供電、晶閘管供電和脈寬調(diào)制電源（PWM）供電等類型。目前我國直流調(diào)速控制的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面：1）系統(tǒng)的單機容量的提高。2）在電力電子期間提高生產(chǎn)水平，使

6、變流器的結(jié)構(gòu)變得更加簡單、緊湊。3）提高系統(tǒng)的控制單元的水平，使其具有控制、保護、監(jiān)視、診斷及自復(fù)原等的功能1.3控制系統(tǒng)的計算機仿真27計算機具有強大的功能。在控制系統(tǒng)中的需要用到的計算機仿真技術(shù)就是基于計算機中的是一門涉及計算機技術(shù)、控制理論和數(shù)學(xué)的一門綜合性新型學(xué)科，它的基礎(chǔ)是建立的控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并以計算機為輔助工具，對系統(tǒng)進行仿真的實驗研究的一種科學(xué)方法。數(shù)學(xué)模型是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是以計算機為輔助工具，對系統(tǒng)進行一系列的仿真的實驗研究的一種方法。系統(tǒng)仿真就是用數(shù)學(xué)模型代替實際系統(tǒng)進行的實驗和研究，并且運用計算機仿真能夠更加的方便和簡潔有效，數(shù)學(xué)模型也更

7、加廉價和靈活、可靠。因此，凡是要用各種模型來進行實驗仿真的，差不多都可以用計算機仿真來研究系統(tǒng)的工作特點。在試驗中可以隨意的變換仿真參數(shù)并選擇最佳參數(shù)，最后設(shè)計出最合理的系統(tǒng)的方案。隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸的進步和計算機的仿真技術(shù)的發(fā)展，先建立數(shù)學(xué)模型再仿真，計算機仿真已經(jīng)越來越受到科學(xué)研究的歡迎，并且也越來越多地取代了高消耗和拙的純物理的仿真。它為控制系統(tǒng)的計算和研究以及分析、綜合設(shè)計以及自動控制系統(tǒng)的計算機輔助教學(xué)提供了科學(xué)、經(jīng)濟、快速和更有用的手段。目前，在計算機系統(tǒng)的富含真軟件中最受歡迎的就是控制系統(tǒng)仿真軟件是MATLAB及其Simulink工具箱。以控制系統(tǒng)