PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证.docxVIP

目 录1设计任务与要求11.1初始条件11.2设计任务12 设计分析13系统设计及参数计算23.1系统总体设计23．1.1 H型双极式PWM原理23．1.2双闭环调速系统结构图43．1.3双闭环调速系统启动过程分析53.2电流调节器设计及参数计算73.3转速调节器设计及参数计算94 Matlab仿真验证124.1 空载至额定转速仿真分析124.2 稳定运行时磁场突然减半仿真分析125心得及体会15参考文献16PWM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3-3 双闭环调速系统稳态结构图系统的动态结构图如图3-4所示。图3-4 双闭环调速系统动态结构图其中、分别为转速反馈系数和电流反馈系数，根据已知条件代入以下公式：电流反馈系数： 转速反馈系数：3．1.3双闭环调速系统启动过程分析图3-5 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形电机的启动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种状态，整个动态过程就分成电流上升、恒流升速和转速调节（图3-5中的I、II、III）三个阶段。第Ⅰ阶段：0～是电