基于v-m的双闭环直流运动控制系统的设计和校正开题报告(编辑修改稿)

基于v-m的双闭环直流运动控制系统的设计和校正开题报告(编辑修改稿)内容摘要：

近 30 年来，电力拖动系统得到了迅猛的发展。 但技术革新是永无止尽的，为了进一步提高电动机自动控制系统的性能， 有关研究工作正围绕以下几个方面展开： （ 1）采用新型电力电子器件 电力电子器件的不断进步，为电机控制系统的完善提供了物质保证，新的电力电子器件正向高压，大功率，高频化和智能化方向发展。 智能功率模块（ IPM）的广泛应用，使得新型电动机自动控制系统的体积更小，可靠性更高。 传统直流电动机的整流装置采用晶闸管，虽然在经济性和可靠性上都有一定优势，但其控制复杂，对散热要求也较高。 电力电子器件的发展，使称为第二代电力电子器件之一的大功率晶体管（ GTR）得到了越来越广泛的应用。 由于晶体管是既能控制导通又能控制关断 的全控型器件，其性能优良，以大功率晶体管为基础组成的晶体管脉宽调制（ PWM）直流调速系统在直流传动中使用呈现越来越普遍的趋势。 （ 2）应用现代控制理论 在过去，人们感到自动控制理论的研究发展很快，但是在应用方面却不尽人意。 但近年来，现代控制理论在电动机控制系统的应用研究方面却出现了蓬勃发展的兴旺景象，这主要归功于两方面原因：第一是高性能处理器的应用，使得复杂的运算得以实时完成。 第二是在辨识，参数估值以及控制算法鲁棒性方面的理论和方法的成熟，使得应用现代控制理论能够取得更好的控制效果。 （ 3）采用总线技 术 现代电动机自动控制系统在硬件结构上有朝总线化发展的趋势，总线化使得各种电动机的控制系统有可能采用相同的硬件结构。 （ 4）内含嵌入式操作系统的控制器正在进入电动机控制领域 当今是网络时代，信息化的电动机自动控制系统正在悄悄出现。 这种控制系统采用嵌入式控制器，在嵌入式操作系统的软件平台上工作，控制系统自身就具有局域网甚至互联网的上网功能，这样就为远程监控和远程故障诊断及维护提供了方便。 目前已经有人研制成功了基于开放式自由软件 Linux 操作系统的数字式伺服系统。 本文主要开展的研究工作 根据本 课题的 实际情况，宜从以下几 个方面入手分析： （ 1） 直流双闭环调速系统的工作原理及数学模型 ； （ 2） 双闭环直流调速的工程设计 ； （ 3） 应用 MATLAB 软件对设计的系统进行仿真和校正。 本课题所涉及的调速方案本质上是改变电枢电压调速。 该调速方法可以实现大范围平滑调速，是目前直流调速系统采用的主要调速方案。 但电机的开环运行性能（静差率和调速范围）远远不能满足要求。 按反馈控制原理组成转速闭环系统是减小或消除静态转速降落的有效途径。 转速反馈闭环是调速系统的 基本反馈 形式。 可要实现高精度和高动态性能的控制，不仅要控制速度，同时还要控制速度的变化率也就是加速度。 由电动机的运动方程可知，加速度与电动机的转矩成正比关系，而转矩又与电动机的电流成正比。 因而同时对速度和电流进行控制，成为实现高动态性能电机控制系统所必须完成的工作。 因而也就有了转速、电流双闭环的控制结构。 2 文献综述 文献简介 （ 1）在由阮毅、陈维钧主编的《运动控制系统》 [1]一书中，以控制规律为主线，按照交流到直流、从开环到闭环（单闭环、双闭 环）、从调速到伺服循序渐进 ，系统简介的介绍了运动控制系统所涉及的基本知识。 涵盖了自动控制理论、电力电子技术、机电与拖动基础、计算机控制系统、检测技术、电路等多方面。 通过性能分析与比较，解决电动机控制问题使其达到良好的启动与调速性能，一步步由电源选择、调速方法选择、调速系统选择、单闭环双闭环的选择等逐层递进介绍了多种调速方案的优点、缺点和改进措施。 其中闭环控制的直流调速系统一章对我帮助很大，涉及了基于 MATLAB 软件的系统仿真。 但是由于篇幅有限，很多地方介绍过于粗浅， 比如触发脉冲相位角控制部分没有提及具体的控 制大小的实现电路和原理。 （ 2）邓星钟教授在其主编的《机电传动控制》 [2]中突出机电结合、电为机用的特点，力求理论联系实际，元器件的介绍着重于外部特性和在拖动控制系统中的应用。 内容包含：机电、控制电器、检测元件、拖动基础、传动系统的过渡过程、有触点控制、电力电子技术、直流伺服、交流伺服、步进电动机的开、闭环控制系统等。 其中对电机的控制过程有清晰全方面的介绍， 对于理解电机启动和调速控制很有帮助。 在电力电子器件方面注重在实际应用，并对控制电路、控制原理都有深入的解析。 比如详细得论述了触发脉冲相位角的控制。 （ 3） 在杨叔子 杨克冲主编的《机械工程控制基础》 [3]侧重于让读者对系统设计有一个完整的了解，从系统所需的基本概念、系统的数学模型的建立、时间响应的分析 、频率特性分析、系统的稳定性、系统的性能指标与校正、非线性系统、线性离散系统及系统辨识等。 并介绍了 MATLAB 的使用实例。 对于系统模型的建立和稳定性分析校正很清晰。 在设计中对于整个系统的理解很重要。 但是侧重于系统的问题。 （ 4） 曾令琴、赵胜会主编的《电工学（ II）》。