一、緒論直流調速是現代電力拖動自動控制系統中發展較早的技術。在20世紀60年代，隨著晶閘管的出現，現代電力電子和控制理論、計算機的結合促進了電力傳動控制技術研究和應用的繁榮。晶閘管-直流電動機調速系統為現代工業提供了高效、高性能的動力。盡管目前交流調速的迅速發展，交流調速技術越趨成熟，以及交流電動機的經濟性和易維護性，使交流調速廣泛受到用戶的歡迎。但是直流電動機調速系統以其優良的調速性能仍有廣闊的市場，并且建立在反饋控制理論基礎上的直流調速原理也是交流調速控制的基礎?，F在的直流和交流調速裝置都是數字化的，使用的芯片和軟件各有特點，但基本控制原理有其共性。長期以來，仿真領域的研究重點是仿真模型的建立這一環節上，即在系統模型建立以后要設計一種算法。以使系統模型等為計算機所接受，然后再編制成計算機程序，并在計算機上運行。因此產生了各種仿真算法和仿真軟件。MATLAB提供動態系統仿真工具Simulink，則是眾多仿真軟件中最強大、最優秀、最容易使用的一種。它有效的解決了以上仿真技術中的問題。在Simulink中，對系統進行建模將變的非常簡單，而且仿真過程是交互的，因此可以很隨意的改變仿真參數，并且立即可以得到修改后的結果。另外，使用MATLAB中的各種分析工具，還可以對仿真結果進行分析和可視化。Simulink可以超越理想的線性模型去探索更為現實的非線性問題的模型，Simulink會使你的計算機成為一個實驗室，用它可對各種現實中存在的、不存在的、甚至是相反的系統進行建模與仿真。傳統的研究方法主要有解析法，實驗法與仿真實驗，其中前兩種方法在具有各自優點的同時也存在著不同的局限性。隨著生產技術的發展，對電氣傳動在啟制動、正反轉以及調速精度、調速范圍、靜態特性、動態響應等方面提出了更高要求，這就要求大量使用調速系統。由于直流電機的調速性能和轉矩控制性能好，從20世紀30年代起，就開始使用直流調速系統。它的發展過程是這樣的：由最早的旋轉變流機組控制發展為放大機、磁放大器控制；再進一步，用靜止的晶閘管變流裝置和模擬控制器實現直流調速；再后來，用可控整流和大功率晶體管組成的PWM控制電路實現數字化的直流調速，使系統快速性、可控性、經濟性不斷提高。調速性能的不斷提高，使直流調速系統的應用非常廣泛。二、開環直流調速控制系統組成及原理2.1直流電機調壓調速原理直流電動機的穩態轉速:n——轉速（r/min）；U——電樞電壓（V）；I——電樞電流（A）；R——電樞回路總電阻(Ω）；Ce——電動機在額定磁通下的電動勢系數。調節直流電動機轉速的方法有：（1）調節電樞供電電壓；（2）減弱勵磁磁通；（3）改變電樞回路電阻。自動控制的直流調速系統往往以變壓調速為主。工作條件：保持勵磁F=FN；保持電阻R=Ra調節過程：改變電壓UN?Uˉ；Uˉ?nˉ；n0ˉ調速特性：轉速下降，機械特性曲線平行下移，見圖1。圖1調壓調速特性曲線2.2晶閘管整流器-電動機系統組成及原理圖2給出了晶閘管—電動機調速系統（V—M系統）的原理圖，圖中VT是晶閘管可控整流器，GT是觸發器，L是平波電抗器，M是直流電動機，給定信號Uc能控制GT觸發器的觸發角度，從而控制整流器VT的整流輸出電壓值，達到控制電機調速的目的。利用拉氏變換的位移定理，可求出晶閘管觸發器與整流器的傳遞函數為由于上式中包含指數函數，它使系統成為非最小相位系統，分析和設計都比較麻煩。為了簡化，將該指數函數按泰勒（Taylor）級數展開，則變成考慮到很小，因而可忽略高次項，則傳遞函數便近似成為一階線性環節。3.2直流電動機數學模型他勵直流電動機在額定勵磁下的等效電路如圖5所示。圖4他勵直流電動機在額定勵磁下的等效電路假定主電路電流連續，動態電壓方程為：電動機軸上的動力學方程：額定勵磁下的感應電動勢和電磁轉矩分別為：——包括電動機空載轉矩在內的負載轉矩，——電力拖動裝置折算到電動機軸上的飛輪慣量，——電動機額定勵磁下的轉矩系數，——電力拖動系統機電時間常數。在零初始條件下，取拉氏變換，得電壓與電流間的傳遞函數為電流與電動勢間的傳遞函數為++E(s)-(a)電壓電流間的結構框圖(b)電流電動勢間的結構框圖++E(s)-(c）直流電動機的動態結構框圖 圖5額定勵磁下直流電動機的動態結構框圖 直流電動機的輸入量：施加在電樞上的理想空載電壓Ud0，是控制量。3.3V-M開環調速系統的動態結構圖V-M開環調速系統的動態結構圖如圖6所示。++-圖6V-M開環調速系統的動態結構圖四、電路仿真4.1仿真原理圖圖4.1直流電動機開環調速系統仿真結構框圖4.2全壓啟動電動機的轉速，轉矩和電流的變化情況圖4.2全壓啟動轉速變化情況圖4.3全壓啟動電流變化情況圖4.4全壓啟動轉矩變化情況4.3全壓啟動后加額定負載時電動機的轉速、轉矩和電流的變化情況圖4.5全壓啟動后加額定負載時電動機的轉速變化情況圖4.6全壓啟動后加額定負載時電動機的電流變化情況圖4.7全壓啟動后加額定負載時電動機的轉矩變化情況五、總結本課程的課程設計是在學習完《電力拖動自動控制系統》課程后，進行的一次全面的綜合訓練，其目的在于加深對電力拖動自動控制系統理論知識的理解和對這些理論的實際應用能力，提高對實際問題的分析和解決能力，以達到理論學習的目的,培養應用計算機輔助設計和撰寫設計說明書的能力。熟悉電力拖動自動控制系統基本知識及Matlab仿真軟件。我通過這次的鍛煉學到了很多的東西,不僅鍛煉了自己的思考能力、計算能力、繪圖能力，還鍛煉了綜合運用知識的能力，不僅了解電動機如何調速，而且也會運用計算，直到如何選用適當的電動機。同時，我也是在這次課程設計中看到了自己的不足，我還有許多未知的知識要學，直到學海無涯，知道了今后需要更加努力，使自我能夠不斷更加完善。通過這次的課程設計的鍛煉，我學到了很多的東西，可以說是收益非淺。知識就是力量，我會不斷充實自我，用知識武裝自我，做個有用的人！六、參考文獻[1]陳伯時.電力拖動自動控制.北京：機械工業出版社，2008[2]馮信康，楊興瑤.電力傳動控制系統原理與應用.北京：水利水電出版社，1985[3]周德澤.電氣傳動控制系統的設計.北京：機械工業出版社，1989[4]林瑞光.電機與拖動基礎.杭州：浙江大學出版社，2007[5]李華德.電力拖動控制系統.北京：電子工業出版社，2006[6]閻治安，崔新藝，蘇少平.電機學.西安：西安交通大學出版社，2006[7]孫亮，楊鵬.自動控制原理.北京：北京工業大學出版社，2006[8]王兆安，黃俊.電力電子技術.北京：機械工業出版社，2004目錄TOC\o"1-3"\h\u20328一、緒論 11541二、開環直流調速控制系統組成及原理 2195262.1直流電機調壓調速原理 2136722.2晶閘管整流器-電動機系統組成及原理 260812.3直流電動機開環調速系統仿真的原理 325385三、數學模型建立與動態結構圖 416723.1晶閘管傳遞函數 4135223.2直流電動機數學模型 5952