直流可逆调速系统的设计与仿真
摘 要在发动机供电的直流调速系统（G-M系统）中，正、反转很容易实现，只需要把发电机的励磁极性倒一下就可以实现。而对于晶闸管供电的直流可逆调速系统（V-M系统），由于晶闸管的单向导电性，不允许电流反向，要实现电机的正反转就比较复杂了。本文主要介绍V-M系统的可逆线路、工作状态、环流的产生及控制方法，在此基础上着重分析电枢可逆有环流调速系统和电枢可逆逻辑无环流调速系统。对直流可逆调速系统的硬件设计，包括对转速调节器ASR、电流调节器ACR、直流可调电源、电流环、转速环、反相器反馈回路的设计，细致地研究并进行直流可逆调速系统中的设计参数，再利用MATLAB编程对设计的系统进行仿真，且仿真的主要内容就是α=β配合控制有环流直流可逆调速系统的模型搭建，同时对转速调节器、电流调节器参数的设置，且对转换电路以及配合电路模型的建立。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 直流调速概念 1
1.2 直流调速系统的发展现状及前景 1
1.3 课题意义 2
1.4 本文的研究内容 2
第二章 可逆系统 3
2.1 可逆系统 4
2.1.2 励磁反接可逆电路 4
2.1.3 晶闸管电动机的系统可逆工作状态 5
2.2 环流分析 6
2.2.1 环流的定义及其种类 6
2.2.2 静态环流与动态环流 7
2.3 α=β配合控制的有环流可逆直流调速系统 9
2.3.1 系统原理 9
2.3.2 α=β配合控制系统制动过程分析 13
第三章 直流可逆调速系统的硬件设计 15
3.1 原理框图 15
3.2 系统稳态设计 15
3.2.1 转速调节器ASR设计 15
3.2.2 电流调节器ACR设计 15
3.2.3 直流可调电源设计 16
3.3 系统稳态设计实例 16
3.3.1 转速调节器ASR设计 17
3.3.2 电流调节器ACR设计 17
3.3.3 直流可调电源设计 17
3.4 系统动态设计 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
/> 3.4.1 电流环设计原理 18
3.4.2 转速环设计原理 19
3.4.3 反相器 20
3.4.4 反馈回路设计 20
3.5 系统动态设计实例 21
3.5.1 电流环设计 22
3.5.2 转速环设计 24
第四章 α=β配合控制调速系统的仿真 27
4.1 主电路仿真的模型与参数的设置 27
4.2 两组同步触发器的模型 28
4.3 α=β配合环节的建模 28
4.4 控制电路建模与参数设置 29
4.5 仿真结果分析 29
结束语 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1直流调速概念
我们能够用各种方式来改变直流电机的转速从而使得直流调速装置达到系统需要的工作机基本需求。通过对机械性能的观察，或者说将电机的“电压”改动用来更改电动机中的特性的指标，同样对电机的运行特性也适用。
直流调速系统可以看作是相较其他调速方法较为稳定的方法，这主要是因为在电机启制动方面有很好的性能，在许多领域，特别是在快速响应领域，电驱动领域得到了广泛的应用。最近的几十年里，随着各行各业运用的电驱动技能快速发展着，交流调速系统逐步代替原先被大范围使用的直流调速系统。原先使用的直流控制无论是在理论或是实际操作上都相当成稳，因此对这个直流在调速系统进行研究是有很高的价值的。
1.2直流调速系统的发展现状及前景
在当前的时代直流调速系统早就是被人们普遍应用于相对高要求的自动控制产物中，之所以会这样是因为其性质拥有速度快，超调量小，系统运作时的稳定性能好，并具备很强的抗干扰性的特性。
在当代的产业制造过程当中，几乎没有不使用电力传动装置的，现在对于生产工艺、产品运作要求不断的提高，可以完成自动调节的生产机械往往有很大的需求量。一般有两种可调速系统，一直流型，另一种是交流调速系统。直流电动机相比交流电机所具备的稳定的调速性能和其可以在大范围内无级平稳调速的特点尤其突出。同时相比交流电动机，直流电机突出的优点就是它有很强的过负载的能力，可以满足需要做到高效率无级迅速启动、制动、正向运转和反向运转且要能在一再冲击负载的情况下达到要求。
起先使用的直流调速一般选用大小不变的直流电压供电给电枢，一般都是将电枢回路中电阻调值来达到调速条件。这种供电方式的好处就是简单且方便制造设备，耗费的代价低廉。现在很少有人用这种方法，主要是因为效能低、较软的电机机械特性，不能在很宽的范围内实现平稳的速度。30年代末，运用一个发电机（旋转器组）、磁放大器、电机扩大机、闸流管控制装置系统，该系统可以实现更好的高速机能。如果有很宽的速度范围（例如，十比一到几十的比例），较小的速度变化率和速度调整等，特别是当电机减速时，电机轴的转动惯量可以很容易地通过发电机将其带回电网。可以得到的制动性能，和能量损失可以减少，从而提高效率的实用程序。但对于两个电动马达同变速电机的运转和一些作为辅助作用的励磁设备大量增加的需求是发电机的电机速度控制系统和大容量，主要缺点效率低成本高，安装基础要求有地基，运行有噪声、维修困难等缺点也很明显。
1.3 课题的意义
因为近些年来计算机技术、控制技术和电力电子技术得到了急剧的发展，交流调速系统也随着一同收益许多，一些场合已经使用。由于直流电动机优良的运动性能和控制特性，虽然不作为交流电机作为低价格，简单的结构，制造简单，维修方便，但直流调速系统的长期一直占据主导地位，从技术角度看，直流调速系统在交流系统中的作用是根本。所以增加在直流调速系统方面的研究益于交流调速系统的进一步的完善，增进自动调速系统的完善。
三十多年来，直流电机的变速器发生了巨大的变化。在第一，整流电路的改造完成后，直流发电机电动机组和水银整流器单元被晶闸管整流装置所取代，这使得直流电驱动有很大进步。同时，高集成化、小型化、高可靠性、低成本的控制已经逐步在控制电路上得以达成。同时直流调速系统的性能也因为人们在技术上的运用得到很大的提升,运转的局限也在不停扩大。直流调速系统的精确度和稳定性更是有大幅的提升。因此，下一个或多个阶段，在高要求的地方，如海上钻井平台，直流调速仍然占据着重要的位置。
在一定范围‘变换速度’和‘恒定速度’就是调速。在一些负载特定的情况下，能通过改变电机或电源参数来控制电机的转速来改变电动机的机械特性。目前为止运用较为广泛的一种电力传动控制系统仍然是由晶闸管直流电动机（VM）组成的直流调速系统。
1.4 本文的主要内容
我将先研究可逆系统从而可以分析出该系统中的环流现象。下文中一同说明了在静、动态时的可逆系统特性，同时综合实践情况来阐述系统的稳定性。大体是分两个步来表达出直流可逆调速系统的参数设计，起初要参考相关资料例如《自动控制系统》等，同时要联系之前课堂学习到的相关知识点对相关参数来详细分析，最后就要对相关参数细致地计算。最后我会在MATLAB仿真软件中模拟仿真出这个系统。并对其进行分析。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 直流调速概念 1
1.2 直流调速系统的发展现状及前景 1
1.3 课题意义 2
1.4 本文的研究内容 2
第二章 可逆系统 3
2.1 可逆系统 4
2.1.2 励磁反接可逆电路 4
2.1.3 晶闸管电动机的系统可逆工作状态 5
2.2 环流分析 6
2.2.1 环流的定义及其种类 6
2.2.2 静态环流与动态环流 7
2.3 α=β配合控制的有环流可逆直流调速系统 9
2.3.1 系统原理 9
2.3.2 α=β配合控制系统制动过程分析 13
第三章 直流可逆调速系统的硬件设计 15
3.1 原理框图 15
3.2 系统稳态设计 15
3.2.1 转速调节器ASR设计 15
3.2.2 电流调节器ACR设计 15
3.2.3 直流可调电源设计 16
3.3 系统稳态设计实例 16
3.3.1 转速调节器ASR设计 17
3.3.2 电流调节器ACR设计 17
3.3.3 直流可调电源设计 17
3.4 系统动态设计 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
/> 3.4.1 电流环设计原理 18
3.4.2 转速环设计原理 19
3.4.3 反相器 20
3.4.4 反馈回路设计 20
3.5 系统动态设计实例 21
3.5.1 电流环设计 22
3.5.2 转速环设计 24
第四章 α=β配合控制调速系统的仿真 27
4.1 主电路仿真的模型与参数的设置 27
4.2 两组同步触发器的模型 28
4.3 α=β配合环节的建模 28
4.4 控制电路建模与参数设置 29
4.5 仿真结果分析 29
结束语 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1直流调速概念
我们能够用各种方式来改变直流电机的转速从而使得直流调速装置达到系统需要的工作机基本需求。通过对机械性能的观察，或者说将电机的“电压”改动用来更改电动机中的特性的指标，同样对电机的运行特性也适用。
直流调速系统可以看作是相较其他调速方法较为稳定的方法，这主要是因为在电机启制动方面有很好的性能，在许多领域，特别是在快速响应领域，电驱动领域得到了广泛的应用。最近的几十年里，随着各行各业运用的电驱动技能快速发展着，交流调速系统逐步代替原先被大范围使用的直流调速系统。原先使用的直流控制无论是在理论或是实际操作上都相当成稳，因此对这个直流在调速系统进行研究是有很高的价值的。
1.2直流调速系统的发展现状及前景
在当前的时代直流调速系统早就是被人们普遍应用于相对高要求的自动控制产物中，之所以会这样是因为其性质拥有速度快，超调量小，系统运作时的稳定性能好，并具备很强的抗干扰性的特性。
在当代的产业制造过程当中，几乎没有不使用电力传动装置的，现在对于生产工艺、产品运作要求不断的提高，可以完成自动调节的生产机械往往有很大的需求量。一般有两种可调速系统，一直流型，另一种是交流调速系统。直流电动机相比交流电机所具备的稳定的调速性能和其可以在大范围内无级平稳调速的特点尤其突出。同时相比交流电动机，直流电机突出的优点就是它有很强的过负载的能力，可以满足需要做到高效率无级迅速启动、制动、正向运转和反向运转且要能在一再冲击负载的情况下达到要求。
起先使用的直流调速一般选用大小不变的直流电压供电给电枢，一般都是将电枢回路中电阻调值来达到调速条件。这种供电方式的好处就是简单且方便制造设备，耗费的代价低廉。现在很少有人用这种方法，主要是因为效能低、较软的电机机械特性，不能在很宽的范围内实现平稳的速度。30年代末，运用一个发电机（旋转器组）、磁放大器、电机扩大机、闸流管控制装置系统，该系统可以实现更好的高速机能。如果有很宽的速度范围（例如，十比一到几十的比例），较小的速度变化率和速度调整等，特别是当电机减速时，电机轴的转动惯量可以很容易地通过发电机将其带回电网。可以得到的制动性能，和能量损失可以减少，从而提高效率的实用程序。但对于两个电动马达同变速电机的运转和一些作为辅助作用的励磁设备大量增加的需求是发电机的电机速度控制系统和大容量，主要缺点效率低成本高，安装基础要求有地基，运行有噪声、维修困难等缺点也很明显。
1.3 课题的意义
因为近些年来计算机技术、控制技术和电力电子技术得到了急剧的发展，交流调速系统也随着一同收益许多，一些场合已经使用。由于直流电动机优良的运动性能和控制特性，虽然不作为交流电机作为低价格，简单的结构，制造简单，维修方便，但直流调速系统的长期一直占据主导地位，从技术角度看，直流调速系统在交流系统中的作用是根本。所以增加在直流调速系统方面的研究益于交流调速系统的进一步的完善，增进自动调速系统的完善。
三十多年来，直流电机的变速器发生了巨大的变化。在第一，整流电路的改造完成后，直流发电机电动机组和水银整流器单元被晶闸管整流装置所取代，这使得直流电驱动有很大进步。同时，高集成化、小型化、高可靠性、低成本的控制已经逐步在控制电路上得以达成。同时直流调速系统的性能也因为人们在技术上的运用得到很大的提升,运转的局限也在不停扩大。直流调速系统的精确度和稳定性更是有大幅的提升。因此，下一个或多个阶段，在高要求的地方，如海上钻井平台，直流调速仍然占据着重要的位置。
在一定范围‘变换速度’和‘恒定速度’就是调速。在一些负载特定的情况下，能通过改变电机或电源参数来控制电机的转速来改变电动机的机械特性。目前为止运用较为广泛的一种电力传动控制系统仍然是由晶闸管直流电动机（VM）组成的直流调速系统。
1.4 本文的主要内容
我将先研究可逆系统从而可以分析出该系统中的环流现象。下文中一同说明了在静、动态时的可逆系统特性，同时综合实践情况来阐述系统的稳定性。大体是分两个步来表达出直流可逆调速系统的参数设计，起初要参考相关资料例如《自动控制系统》等，同时要联系之前课堂学习到的相关知识点对相关参数来详细分析，最后就要对相关参数细致地计算。最后我会在MATLAB仿真软件中模拟仿真出这个系统。并对其进行分析。
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