摘 要
文中比较了几种不同的直流电机调速方式，重点对转速、电流双闭环调速系统进行了设计仿真。利用 MATLAB 的 SIMULINK 仿真库对实际的直流电机进行了仿真参数的设定，并建立了相应的复频域模型，通过设定 PI 调节器的合适参数，完成了直流电机双闭环调速系统的模型搭建。仿真结果给出了速度和电流的控制特点，得到了转速电流变化曲线。
对照实验结果，我们得以精确观测了直流电机双闭环控制下不同阶段的启动过程，给实际的系统设计提供一些可靠的建议。
关键词 ： MATLAB 仿真 直流电机 调速 双闭环。
Abstract
In this paper, several different DC motor speed regulation methods are compared,and the design and simulation of speed and current double closed loop speed regulationsystem are emphasized. Using the SIMULINK simulation library of MATLAB, thesimulation parameters of the actual DC motor are set up, and the correspondingcomplex frequency domain model is established. By setting the appropriate parametersof the Pi regulator, the model of the DC motor double closed loop speed regulationsystem is built. The simulation results show the control characteristics of speed andcurrent, and the curve of speed and current change is obtained. Compared with theexperimental results, we can accurately observe the starting process of different stagesunder double closed loop control of DC motor. The design provides some reliableadvice.
Key Words : MATLAB Simulation；DC Motor；Speed Control；Double Closed Loop。
1. 绪论
1.1、 课题来源和研究意义。
1.1.1、 课题来源及研究现状。
直流电机调速，指的是当电机处于某个范围的负载状态时，可以按照不同的要求，人为的改变其转速。在重负载的情况下，电机可以通过改变其自身的参数或者施加外电压等其他形式来改变机械特性，这样就可以改变电机稳定运转的速度。一般来说，直流电机可调转速的范围都较广泛，调速过程也相对均匀平滑。
直流电机的调速系统，尤其是双闭环控制下的调速系统，是日常工业生产活动中使用十分广泛的一种利用电力进行运转的设备。在当今社会的工业生产体系中，自动控制系统是一项应用广泛，十分便利的技术，在冶金、印刷、轧钢、金属切割等方面，都能够很好地节省人力，满足需求。在传统的控制系统中，我们往往会选择晶体管和各种不同的线性运算电路来组成系统这些模拟元件虽然也能够满足生产需求，但是无法忽视的线路老化问题和外界的干扰会影响控制效果，而且这样的控制电路往往不具备普遍适用性，内部的线路又较为繁杂，在实际生产过程中会导致系统的运行特性发生改变，系统的可靠性和精确性得不到保证，严重时甚至会出现生产事故。与之相对的，双闭环控制下的直流电机调速系统则更加庞大繁杂，但能够很好的实现自动控制生产机械。是以，在进行系统整体布局和进行调试时，需要进行大量的参数计算和设置。如果运用传统的设计方法，会遇到工作繁琐且调试难以进行的情况，因此，运用 MATLAB 相关工具对电机进行仿真研究成了一种热门的研究方式。基于这样的现状，MATLAB 中的 SIMULINK 工具箱让使用者在通过简单的操作实现强大的功能，且用户界面十分友好，是一种应用广泛的能够做到动态建模并进行实时仿真的软件。
1.1.2、 课题的研究意义。
针对直流电机的调速系统本身就拥有许多长处，比方说：运转速度快、可调范围广、且精准度较高，具备杰出的启动制动机能。在日常生活中，直流电机调速系统也是一种普遍运用的控制系统，例如在我们十分熟悉的电子计算机、家用智能电器、电子玩具等方面，都有直流电机的运用，因此，这是一门与我们的生活有着千丝万缕联系的工业技术，有着举足轻重的作用。一般来说，我们想要更好的控制直流电机的速度，会采用闭环系统来控制，这些系统中就包含了单闭环与多闭环等多种控制系统。在一些对调速要求相对较低的地方，我们通常采用单一的闭环控制系统；相对的，在一些调速要求较为严格的地方，我们则会采用多闭环控制系统来满足需求。
使用 MATLAB 工具对直流电机调速系统进行仿真模拟，其最大的便利在于可以通过软件完成硬件的检测实验，以此得到相关数据，并且计算修改，而无需对硬件实物进行反复修改，可以省略许多实验中不必要的过程。同时，MATLAB 中的动态建模和仿真具有界面简洁，功能强大等优点，可以更加直观的进行结果观察和修改。是以，对直流电机调速系统的一系列仿真设计的研究都具有其实际意义。
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1.2、国内外发展现状
1.3、研究目标及内容
1.3.1、研究目标.
1.3.2、研究内容.
2. MATLAB介绍.
2.1、 MATLAB简介
2.2、MATLAB的发展历史
2.3 、MATLAB的特点
2.4、 MATLAB程序设计基础
2.5、 SIMULINK工具箱介绍. .
3.直流电机简介
3.1、直流电机的工作原理
3.2、直流电机速度的调节.
4.直流电机调速系统的仿真设计
4.1、系统组成和具体要求
4.1.1、调速系统的组成
4.1.2、直流电机参数设置
4.1.3、设计要求
4.2、系统设计计算
4.2.1、稳态参数计算
4.2.2、电流调节器设计
4.2.3、转速调节器设计.
4.3、系统仿真处理
结 语
这次的毕业设计实验中，我主要进行的是直流电机调速系统的仿真研究，由于直接进行硬件研究的难度较大，要求较高，我选择了利用仿真软件对直流电机的调速系统进行仿真，这样既能够实现研究目标和研究内容，又能够简化实验过程，是一种省时省力的研究方式，经过软件实验再应用到硬件中，可以节省一些不必要的研究过程，这也是如今较为热门的研究手段。
MATLAB 是当今各类研究中不可缺少的一个软件平台，在线性代数，数字信号处理，动态系统仿真等方面都担任着至关重要的角色。MATLAB 软件中的 SIMULINK 工具箱则是一个方便使用的动态仿真平台，因此在本次实验中我选用了 MATLAB 的 SIMULINK 工具箱来进行仿真研究。
在当今的社会生产交流中，电子科学技术在各个领域都被深入开发利用，并且有了非常大的研究进展，机械化的控制系统也得到了十分广泛的运用，电机在我们的日常生活中更是一种运用广泛的机械，可以说，在我们的身边，处处都有电机的存在，而自动调速系统就是这其中非常重要的一个应用。与交流电机相比，直流电动机的结构相对复杂、价格也较高、在制造上和对设备进行日常维护等方面都有一定的难度，似乎并不是首选，但是由于直流电机具备优良的调速性能、启动转矩大且拥有强大的过载能力，能够在较广的范围内实现平稳无级调速，因此直流调速系统在当今发展力水平下依然是自动调速系统中的一种重要方法。
在这次的毕业设计中，我有机会将这大学四年间逐渐学习到的一些知识重新整理了一遍，也对很多原来不甚了解的东西有了更深的理解和学习，尤其是在软件编程和电机拖动方面，更是深入学习和了解了一些知识。通过这次毕业设计，在控制系统的分析设计和调试修改方面，我体会到了设计方案的整体规划，设计问题逐个解决的重要策略。
在这次的实践中，遇到了许多以前未曾注意到的细节，例如：传递函数的计算出现失误，在数据的选择上有偏差，系统设置调错数据等，发现即使是一个不起眼的参数设置错误，都会影响最后的实验结果。正所谓学以致用，这次的毕业设计是对以前学习的总结与检验，也是进一步的学习和探索，在这个过程中，我也增长了见识，开拓了眼界，积累了实际经验，提高了我们遇到问题时的解决能力。系统的分析和设计对我们来说，其实是一项有着较高难度的学习内容，具备很大的挑战性，但与此同时，这也是一个充满乐趣的学习过程，在设计的过程中，我们能够在学习的同时进行实践，在实践过程中遇到了新问题就通过学习探索来寻找解决方法。
总的来说，这次的实验研究一个是贴近生活的课题，从前在课本上看到的理论知识都在现实生活中找到了其相对应的用处，让我们更加理解了理论知识和实践活动相结合的重要性，也学会了如何应对遇到的难题和挑战。
参考文献
[1] 阮毅，陈伯时．电力拖动自动控制系统(第4版)[M]．北京：机械工业出版社，2009，92-145
[2] 宗晓萍.自动控制原理[M].北京：中国计量出版社，2007，56-129
[3] 黄坚.自动控制原理及其应用[M].北京：高等教育出版社，2004，93-167
[4] 黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真[M].北京：国防工业出版社，2004，18-27
[5] 王忠礼，段慧达.MATLAB应用技术-在电气工程与自动化专业中的应用[M].清华大学出版社，2007,23-84
[6] 陈怀琛.MATLAB及其在理工课程中的应用指南[M].西安：西电出版社出版，2007,9-62
[7] 王再英.过程控制系统与仪表[M].北京：机械工业出版社，2007,175-203
[8] 汤迎红，刘忠伟.MATLAB基础知识及工程应用[M].北京：国防工业出版社，2014,208-232
[9] 王兆安.电力电子技术[M]. 北京：机械工业出版社，2000，68-110
[10] 周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真[M].北京：中国电力出版社，2007，32-46
[11] 黄家善.电力电子技术[M]. 北京：机械工业出版社，2007.137-151
[12] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M]. 北京：高等教育工业出版社，2006，259-272
[12] 王毓莹.数字电路逻辑[M]. 北京：高等教育工业出版社，2006，113-148
[13] 孙立志.PWM 与数字化电动机控制技术应用[M].北京：中国电力出版社，2008，26-59
[14] 陈桂明.应用MATLAB建模与仿真[M]. 北京：科学出版社，2001，152-176
[15] 于春香.H桥直流电机驱动控制电路设计[J].集成电路通讯，2012，22-25
