直流电机的特性及调速分析【文献综述】.doc

1、毕业设计文献综述电气工程与自动化直流电机的特性及调速分析一、对课题的研究历史、研究现状等进行准确的分析与归纳并作出简要评述；电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中90以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有60用于电动机，电动机与人们的生活息息相关。就目前而言电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多，例如对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类

2、控制可通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制为复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。常用控制直流电动机有以下几种方式，第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低、机械特性软、不能在较宽范围内平滑调速，所以目前极少采用。第二，三十年代末，出现了发电机电动机也称为旋转变流组，配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件，可以获得良好的调速性能，如有较宽的调速范围、较小的转速变化率和调速平滑等，特别是当电动机减速时，可以通过发电机非

3、常容易地将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网，这样一方面可得到平滑的制动特性，另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机、电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，因而体积大，维修困难等。第三，自出现汞弧变流器后，利用汞弧变流器代替上述发电机、电动机系统，使调速性能指标又进一步提高。特别是它具有系统快速响应性是发电机、电动机系统不可比拟的。但是汞弧变流器仍存在一些缺点，维修还是不太方便，特别是水银蒸汽对维护人员会造成一定的危害等。第四，1957年世界上出现了第一只晶闸管，与其它变流元件相比，晶闸管具有许多独特的优越性，因而晶闸管直流调速系统立即显示出强

4、大的生命力。由于它具有体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点，采用晶闸管供电，不仅使直流调速系统经济指标上和可靠性有所提高，而且在技术性能上也显示出很大的优越性。晶闸管变流装置的放大倍数在10000以上，比机组放大倍数10高1000倍，比汞弧变流器放大倍数1000高10倍在响应快速性上，机组是秒级，而晶闸管变流装置为毫秒级。从20世纪80年代中后期起，以晶闸管整流装置取代了以往的直流发电机电动机组及水银整流装置，使直流电气传动完成一次大的跃进。同时，控制电路也实现了高度集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大，直流调速

5、技术不断发展。随着微型计算机、超大规模集成电路、新型电子电力开关器件和新型传感器的出现，以及自动控制理论、电力电子技术、计算机控制技术的深入发展，直流电动机控制也不断向前发展。微机系统的应用使直流电机传动控制系统趋向于数字化、智能化，极大地推动了电气传动领域的发展。近年来，一些先进国家陆续推出并大量使用以微机为控制核心的直流电气传动装置，如西门子公司的SIMOREGK6RA24、ABB公司的PAD/PSD等等。随着现代化步伐的加快，人们生活水平的不断提高，对自动化的需求也越来越高，直流电动机应用领域也不断扩大。例如，军事和宇航方面的雷达天线，火炮瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳跟踪等

6、控制；工业方面的各种加工中心，专用加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械，印刷机械，绕线机，纺织机械，工业缝纫机，泵和压缩机等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器，各种光盘驱动器，绘图仪，扫描仪，打印机，传真机，复印机等设备的控制；音像设备和家用电器中的录音机，录像机，数码相机，洗衣机，冰箱，电扇等的控制。随着计算机，微电子技术的发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现，电动机的控制策略也发生了深刻的变化。电动机控制技术的发展得力于微电子技术，电力电子技术，传感器技术，永磁材料技术，微机应用技术的最新发展成就。变频技术和脉宽调制技术已成为电动机控制的主流技术。正是这些技术的进

7、步使电动控制技术在近二十年内发生了很大的变化。其中，电动机控制策略的模拟实现正逐渐退出历史舞台，而采用微处理器、通用计算机、FPGA/CPLD、DSP控制器等现代手段构成的数字控制系统得到了迅速发展。电动机的驱动部分所采用的功率器件经历了几次的更新换代以后，速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT逐渐成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。其中，脉宽调制（PWM）方法，变频技术在直流调速和交流调速系统中得到了广泛应用。永磁材料技术的突破与微电子技术的结合又产生了一批新型的电动机，如永磁直流电动机，交流伺服电动机，超声波电动机等。

8、由于有微处理器和传感器作为新一代运动控制系统的组成部分，所以又称这种运动控制系统为智能运动控制系统。所以应用先进控制算法，开发全数字化智能运动控制系统将成为新一代运动控制系统设计的发展方向。对电动机控制系统的性能要求较高的场合（如数控机床，工业缝纫机，磁盘驱动器，打印机，传真机等设备中，要求电动机实现精确定位，适应剧烈负载扰动变化），传统的控制算法已难以满足系统要求。为了适应时代的发展，现有的电动机控制系统也在朝着高精度，高性能，网络化，信息化，模糊化的方向不断前进。MATLAB的直流电机的建模与仿真课题，电气电子工程学科的科学研究者在直流电机结构建模分析和仿真领域进行过大量的研究。研究的内容

9、主要涉及直流电机的基本的工作特性，建立直流电机电压、转矩、启动、调速和制动运动方程的数学模型表达式，通过MATLABSIMULINK建立各个系统仿真功能模块。MATLAB自从问世以来，凭借其强大的数值计算能力、出色的数据图形可视化技术以及日益丰富的SIMULINK动态仿真模型库，迅速占领了工程技术领域各学科的仿真设计与教学，成为比较实用的计算机仿真实验平台。尤其在信息电气自动化领域，MATLAB成为教学、学术活动和工程设计的重要的仿真工具。随着直流电机的理论研究和实际应用的推广，为了更好的设计系统的控制性能和调速特性，当今的科研人员对基于MATLAB的直流电机进行了大量的实验仿真研究。其研究的

10、领域主要集中在控制算法和调速系统模块数学模型的实现上，包括建立直流电机的基本数学模型，电压、电磁转矩等方面，还有直流电机控制系统的调速方式。二、表达自己的观点与主张，阐述该课题的发展动向和趋势；利用MATLAB虚拟仿真软件GUI功能编程建立直流电机的特性与调速的模型与仿真，利用MATLAB虚拟仿真技术可以克服现有的实验设备和条件，通过GUI的图形用户界面设计，可以形象的模拟直流电动机控制系统的运行特性。在不同参数的给定下，分析静态特性、启动特性以及调速系统运行特性，提出更优的控制方案。对于直流电机的实际生产与应用有一个很好的导向作用。MATLAB虚拟仿真软件和直流电机的仿真能够更好发挥两者的优

11、点，进行相应的直流电机特性与调速性能的仿真，通过虚拟技术与电机理论实践相结合，直流电机的理论研究和现实生产都将会进一步的提升和推广。参考文献1王季铁，曲家骐执行电动机M北京电子工业出版社，19972邓兵，潘俊民无刷直流电机控制系统计算机仿真J计算机仿真，2002年05期3张琛直流无刷电动机原理及应用M机械工业出版社，19964谭浩强C语言程序设计（第二版）清华大学出版社，20055徐江红解析无刷直流电机的工作原理J黑龙江科技信息，2009年31期6张相军，陈伯时无刷直流电机换相转矩脉动的分析及其补偿方法J电工技术杂志，20007黄中霖控制系统MATLAB计算及仿真M国防工业出版社，20018潘

12、晓晟，郝世勇MATLAB电机仿真精华50例M电子工业出版社，20079林瑞光电机与拖动基础M杭州浙江大学出版社，2002810尚静基于MATLAB的异步电动机仿真模型分析J电机技术2002（2）11陈国呈PWM变频调速技术M北京机械工业出版社，199812徐邦荃，李浚源，詹琼华直流调速系统与交流调速系统M武汉华中科技大学出版社，200013胡寿松自动控制原理第三版M北京国防工业出版社，199614陈伯时电力拖动自动控制系统运动控制系统M北京机械工业出版社，200815常巍，谢光军MATLABR2007基础与提高北京电子工业出版社，200716李维波MATLAB在电气工程中的应用北京中国电力出版

13、社，200717JIMMIEJCATHEY电机原理与设计的MATLAB分析北京电子工业出版社2006718张德丰MATLAB/SIMULINK建模与仿真实例精讲M北京机械工业出版社2010119SAFFETAYASUNDCMOTORSPEEDCONTROLMETHODSUSINGMATLAB/SIMULINKANDTHEIRINTEGRATIONINTOUNDERGRATIONELECTRICMACHINERYCOURSESJ200720JUNYONGLU,DELIANGLIANGSIMULATIONOFLINEARBRUSHLESSDCMOTORSPEEDCONTROLLEDSYSTEMBASEDONMATLAB/SIMULINKJ2000