PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证.docVIP

课程设计 PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证 目 录 1设计任务与要求 1 1.1初始条件 1 1.2设计任务 1 2 设计分析 1 3系统设计及参数计算 2 3.1系统总体设计 2 3．1.1 H型双极式PWM原理 2 3．1.2双闭环调速系统结构图 4 3．1.3双闭环调速系统启动过程分析 5 3.2电流调节器设计及参数计算 7 3.3转速调节器设计及参数计算 9 4 Matlab仿真验证 12 4.1 空载至额定转速仿真分析 12 4.2 稳定运行时磁场突然减半仿真分析 12 5心得及体会 15 参考文献 16 PWM脉宽直流调速系统设计及 matlab仿真验证 1设计任务与要求 1.1初始条件 转速、电流双闭环控制的H型双极式PWM直流调速系统，已知，直流电动机：，允许过载倍数；时间常数：；PWM环节的放大倍数：；电枢回路总电阻：，电枢电阻；调节器输入输出电压：。 1.2设计任务 ⑴稳态指标：在负载和电网电压的扰动下稳态无静差； ⑵动态指标：电流超调量，空载启动到额定转速时的转速超调量； ⑶控制电路的设计：包括系统参数的选取[（给定环节及反馈环节的滤波时间数、）]；电流环的设计（电流环固有部分传函、选择电流调节器结构和参数、校验近似条件）；速度环的设计（速度结构图、速度调节器结构和参数、校验近似条件）； ⑷采用Matlab对双闭环系统进行仿真，绘制直流调速系统（）稳定运行时磁场突然减半仿真框图，仿真得出起动转速，起动电流，直流电压，ASR、ACR输出电压的波形，并对结果进行分析； ⑸书写设计报告书（系统原理图、稳态结构图和动态结构图、确定的参数及设计步骤）。 2 设计分析 直流双闭环调速系统调节器包括转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR）,从而分别引入了转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行串级连接。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。电流环称为内环，转速环称为外环。其中转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，同时可以对负载变化起抗扰作用，其输出限幅电压决定了电流给定的最大值；电流调节器作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化，同时对电网电压的波动起及时抗扰作用，在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程，并在电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起到自动保护与恢复的作用。根据设计要求，系统要求稳态无误差，故选用带限幅作用的PI调节器。系统原理图如图2-1所示。 图2-1 双闭环调速系统原理图 3系统设计及参数计算 3.1系统总体设计 3．1.1 H型双极式PWM原理 系统整流装置采用脉宽调制器。脉宽调制器的作用是用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而改变平均输出电压的大小，以调节电机的转速。 对于转速、电流双闭环控制的H型双极式PWM直流调速系统，电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。通过调节开关管的导通和关断时间，即占空比，可以达到对直流电机进行调速的目的，其原理图如图3-1所示。H型双极性PWM变换器及其四个驱动电压波形分别如图3-2所示。 图3-1 桥式可逆PWM变换器电路 图3-2 双极式控制可逆PWM变换器的驱动电压、输出电压和电流波形 它们的关系是：。在一个开关周期内，当时，晶体管VT1、VT4饱和导通而VT2、VT3截止，这时。当时，VT1、VT4截止，但VT2、VT3不能立即导通，电枢电流经VD2、VD3续流，这时。在一个周期内正负相间，这是双极式PWM变换器的特征，其电压、电流波形上图所示。电动机的正反转体现在驱动电压正负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时，T/2，则的平均值为正，电动机正转；当正脉冲较窄时，则反转。如果正负脉冲相等，T/2，平均输出电压为零，则电动机停止转动。 双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为 (3-1) 如果定义占空比，电压系数，则在双极式可逆变换器中 (3-2) 调速时，的可调范围0~1，相应的。 当，为正，电动机正转； 当时，为负，电动机反转； 当时，=0，电动机停止。 电动机停止时电枢电压不等于零，是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。 3．1.2双闭环调速系统结构图 系统稳态结构图如图3-3所示。 图3-