2.1.1 直流电动机的构造 5

2.1.2 直流电动机的工作原理 5

2.2 直流电动机的数学模型 7

2.2.1 开环传递函数模型 7

2.2.2 直流电动机模型开环特性分析 8

2.3 本章小结 9

3 直流电机控制方案设计 10

3.1 控制系统的性能指标 10

3.2 控制方案的设计和选择 11

3.3 本章小结 17

4 直流电动机转速控制系统的根轨迹法校正设计 18

4.1 根轨迹法概述 18

4.1.1 根轨迹法原理 18

4.1.2 根轨迹法设计超前校正网络的步骤 19

4.2 电机转速控制系统的超前校正装置设计 22

4.2.1 超前校正装置的传递函数模型 22

4.2.2 MATLAB 平台上算法的实现 24

4.3 直流电动机转速控制系统误差分析 25

4.3.1 稳态误差的基本概念 25

4.3.2 跟踪稳态误差 28

4.3.3 扰动稳态误差 30

4.3.4 顺馈法消除稳态误差 31

4.4 本章小结 32

5 直流电动机转速控制系统的仿真与分析 33

5.1  SIMULINK 环境下的系统仿真 33

5.2 仿真结果分析 33

结 论 37

致 谢 38

参考文献 39

1 引言

1.1 本课题研究的目的和意义

直流电动机具有结构简单、运行可靠、维护方便、寿命长等优点[1]，在许多 高要求的电力拖动系统中得到了广泛应用。在这样的拖动系统中，要求被控量以 尽可能小的误差快速、准确地跟随输入量的变化，应当具有较好的快速性和准确 性；同时针对外界的干扰要求在短时间内将其消除，应当具有较好的抗干扰性。 但直流电机在应用中还存在一些不足，有些是由于电动机内部结构导致，如电枢 反应的非线性问题；有些是由于外界环境所造成的干扰，如转动惯量随负载和工 况的变化问题以及负载的扰动问题等。这使得电机转速始终处于震荡状态，进而 导致整个系统难以控制。虽然在今天，随着电力电子整流逆变系统的广泛应用， 带有固态电子驱动装置的感应电动机已经取代直流电动机被用于各种各样的调 速场合，但在中小功率场合，尤其是高精度的位置伺服系统或是要求大转矩的场 所，直流电动机还是人们的第一选择。因此针对直流电动机的转速控制研究仍具 有很强的现实意义，在实际的生产生活中，要求控制系统设计简易、控制算法合 理、实现简单、控制性能优良、开发周期短。因此，借助 MATLAB 平台建立直 流电机系统的仿真模型，可以有效的节省控制系统设计时间，及时验证控制系统 算法的合理性，定性定量地分析系统的控制输出；同时可以充分利用计算机仿真 的优越性，人为地改变系统的结构，在加入不同的扰动和变更系统参数的情况下， 考察系统在不同结构和不同工况下的动、静态特性，从而根据实际生产需要，选 择最佳的控制器及其参数[2]。来!自~吹冰论-文|网www.chuibin.com