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摘 要

直流调速系统优点是调速范围广、精度高、动态性能好和便于控制等，因此在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理研究，构建了双闭环直流调速系统的数学模型，同时详细分析了系统的原理及动态性能。之后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行了分析与计算，并通过Simulink进行系统的数学建模与系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。利用Matlab 环境中的GUI 用户界面，设计与实现了双闭环调速系统的可视化虚拟实验平台。这个实验平台能够实现硬件实验所不能完成的项目，帮助学生更方便地理解双闭环直流调速系统的组成与工作原理，通过改变输入参数，更直观的表现仿真结果。

关键词 直流电机 双闭环控制系统 仿真 GUI界面 虚拟实验平台

Abstract

DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment,simple method and smooth control in a wide range,besides its control performance is excellent.Beginning with the theory of DC motor,this dissertation builts up the mathematic model of DC speed control system with double closed loops,detailedly discusses the dynamic state performance of the system.Afterward, according to automation theroy this papar calculates the parameters of the system. Simulink for system through mathematical modeling and system simulation.Finally display control system model and the results of anti-truth.Utilizing GUI interface in Matlab software,the visual virtual experiment platform of DC speed control system with double closed loops was designed and realized.It can do some experiments,which can’t be realized by physical devices,and help students to comprehend directly the composing and theory of DC speed control system with double closed loops,and show the simulation results more intuitive by changing the input parameter.

Keywords: DC motor;double loop control system;simulink;GUI interface;virtual experiment platform

目录

摘要 I

Abstract II

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 1

1.3 研究双闭环直流调速系统的目的和意义 3

1.4 实验虚拟研究研究的意义 3

1.5 本文的研究内容 3

第二章 直流调速系统 5

2.1 直流调速系统的调速原理 5

2.2 电流、转速双闭环直流调速系统的理论分析 5

2.2.1 双闭环调速的工作过程和原理 5

2.2.2 双闭环直流调速系统的组成 6

2.3 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 7

2.3.1 双闭环直流调速系统的数学模型的建立 7

2.3.2 起动过程分析 7

第三章 转速、电流反馈控制直流调速系统的设计 10

3.1 调节器的工程设计方法 10

3.1.1 调节器的设计方法 10

3.1.2 Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 10

3.1.3 转速-电流调节器结构的确定 11

3.2 按工程设计方法设计双闭环调速系统的调节器 11

3.2.1 转速调节器、电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用 11

3.2.2 调节器的具体设计 12

第四章 双闭环直流调速系统GUI实验软件设计 15

4.1 MATLAB与 GUI简介 15

4.2 GUI设计规则 15

4.2.1 GUI菜单设计 15

4.2.2 用户控件 15

4.2.3 采用GUIDE创建GUI 16

4.3 GUI实验软件设计 19

4.3.1 双闭环直流调速系统的仿真模型 19

4.3.2 GUI界面设计 19

4.3.3 界面操作流程 23

4.4 GUI实验软件仿真 24

总结 31

参考文献 32

致谢 33

第一章 绪 论

1.1 直流调速概念

直流调速是指人为地或者自动地改变直流电动机的转速，以达到工作机械的要求。从机械特性上看，就是通过变化电动机的参数或者外加工电压等措施来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性与工作特性机械特性的交点，使电动机的稳定转速度发生改变。

1.2 直流调速系统的发展现状

1.国内发展现状

目前，我国地下矿山矿井提升机的电气传动系统主要有：对于大型矿井提升机，主要采用直流传动系统，有采用直流电动机-直流发电机系统和晶闸管变流器-直流电动机系统；这两种系统都存在着直流电动机固有的缺点，如效率不高，维修工作量较大等。对于中、小型提升机，则多采用交流电气传动系统，如采用交流绕线式电动机，使用电机转子切换电阻调速，这种电气传动系统虽然设备简单，但它是有级调速，调速性能差，效率低，大量的电能消耗在电动机转子电阻上，而且可靠性也差。

将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。我国已有几台大型矿井提升机采用交-交变频调速系统，取得了很好的效果，但其缺点是功率因数不高，谐波大，需加谐波和功率因数补偿装置。随着变频调速技术的发展，交-直-交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用。例如国外已有矿山将有源前端三电平变频器应用于矿井提升机上，据介绍，采用这种变频调速的交流提升机可以克服直流调速系统和交-交变频调速系统的缺点，是提升机电气传动的发展方向。

2.国外发展现状

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