PWM雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真設(shè)計(jì)kk

1、PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真設(shè)計(jì)學(xué)院：電 控 學(xué) 院班級(jí)：自動(dòng)化0904姓名： 康 凱學(xué)號(hào)：0906050430 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真設(shè)計(jì)PWM雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.1設(shè)計(jì)目的1. 掌握轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)控制的PWM直流調(diào)速原理。2. 掌握并熟練運(yùn)用MATLAB對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。1.2設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)速系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)如下:晶閘管三相橋式全控整流電路供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),直流電動(dòng)機(jī):220V,136A,1460r/min,電樞電阻Ra=0.2,允許過載倍數(shù)= 1.5;電樞回路總電阻:R= 0.5,電樞回路總電感:L= 15mH,電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪力矩:GD2=

2、22.5N·m2,晶閘管裝置:放大系數(shù)Ks=40,電流反饋系數(shù):=0.05V/A,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):=0.007Vmin/r,濾波時(shí)間常數(shù):Toi=0.002s ,Ton=0.01s1.3設(shè)計(jì)要求(1)穩(wěn)態(tài)指標(biāo):轉(zhuǎn)速無靜差;(2)動(dòng)態(tài)指標(biāo):電流超調(diào)量i5%,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%二、設(shè)計(jì)思路2.1 PWM調(diào)速原理可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖所示，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨全控型電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)而改變。雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系是：。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0t<時(shí)，電樞電流id沿回路1流通；當(dāng)t<T

3、時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓反號(hào)，id沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流，。因此，在一個(gè)周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形，這是雙極式名稱的由來。2.2 PWM 發(fā)生器的建模直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真的關(guān)鍵是PWM 發(fā)生器的建模。從雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖可知， 電流調(diào)節(jié)器ACR 輸出最大限幅時(shí)，H 橋的占空比為1。對(duì)于PWM 發(fā)生器， 采用兩個(gè)Discrete PWM Generator 模塊。由于此模塊中自帶三角波，其幅值為1，且輸入信號(hào)應(yīng)在-1 與1 之間，將輸入信號(hào)同三角波信號(hào)相比較， 當(dāng)比較結(jié)果大于0時(shí)， 占空比大于50 %，PWM 波表現(xiàn)為上寬下窄，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)比較結(jié)果小于0 而大于-1 時(shí)，占空比小于50 %，PWM

4、 波表現(xiàn)為上窄下寬， 電機(jī)反轉(zhuǎn)。Discrete PWM Generator 模塊的參數(shù)設(shè)置為：調(diào)制波為外設(shè)，載波頻率根據(jù)電力電子開關(guān)頻率確定。其次，由于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，H 橋應(yīng)與對(duì)角兩管觸發(fā)信號(hào)一致，為此采用Selector 模塊（路徑為：Simulink/Signal Routing/Selector），其參數(shù)設(shè)置為：Input Type 為Vector，Elements 為1 2 4 3， 使得PWM 發(fā)生器信號(hào)同H 橋?qū)莾晒苡|發(fā)信號(hào)相對(duì)應(yīng)。PWM 發(fā)生器模型及封裝后子系統(tǒng)如下圖所示。PWM 發(fā)生器模型及封裝后子系統(tǒng)由于ACR 輸出的數(shù)值在-1010 之間， 為使ACR 輸出的數(shù)值同PWM

5、 發(fā)生器輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)， 在ASR 輸出端加了一個(gè)Gain 模塊， 參數(shù)為0.1。這樣，當(dāng)ASR 輸出限幅10 時(shí)，PWM 輸入端為1， 占空比為1； 當(dāng)ASR 輸出限幅為-10 時(shí)，PWM 輸入端為-1，占空比為0。2.3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)原理2.3.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，在用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE，從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作電流內(nèi)環(huán)；速度換在外邊，稱作轉(zhuǎn)速外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。2.3.2電流環(huán)的設(shè)計(jì)1. 確定時(shí)間常數(shù)整

6、流裝置滯后時(shí)間常數(shù)：TS=0.001s 電流濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.002s 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)按小時(shí)間常數(shù)近似處理取Ti=Ts+TOI=0.003s2. 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求i5%，電流環(huán)設(shè)計(jì)為典I系統(tǒng)，選擇PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為: 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：TlTI=0.030.003s-1=10s-13. 校驗(yàn)近似條件晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件：13TS=13×0.001s-1333.3s-1，滿足近似條件。1) 忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件：31TmTl40.82s-1，滿足近似條件。2) 小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：。131TsToi=13×10.

7、001×0.002s-1235.7s-1。滿足近似條件。放大系數(shù)=2.27。 經(jīng)過參數(shù)調(diào)整以后Ki取3.76按照上述參數(shù)， i滿足設(shè)計(jì)要求2.3.3轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)1.電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1KI,則轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.01s轉(zhuǎn)速小時(shí)間常數(shù)按小時(shí)間常數(shù)近似處理，所以取Tn=1KI+Ton=0.016s2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按照典II系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)，故ASR選擇PI調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)為：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為 n=hTn=0.08s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益KN=h+12h2Tn2=62×52×0.

8、0162s-2468.75s-2所以，ASR的比例系數(shù)為Kn=(h+1)CeTm2hRTn12.733校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量：當(dāng)h=5時(shí)， nN=于是，綜合上式，可求的n 滿足設(shè)計(jì)要求。電流環(huán)電氣設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)速環(huán)電氣設(shè)計(jì)圖三、Matlab仿真設(shè)計(jì)3.1 PWM雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真框圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真框圖3.2 仿真結(jié)果3.2.1 ACR輸出波形ACR輸出波形如圖所示3.2.2 ASR輸出波形ASR輸出波形如圖所示四、實(shí)習(xí)心得：本次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩周，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我不僅鞏固了以前所學(xué)到的知識(shí)，更學(xué)到了許多課外的知識(shí)。通過這次的課程設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)了很多平時(shí)學(xué)習(xí)中的不足，可謂是收獲頗多。 通過這次課設(shè)，

9、我不僅在知識(shí)上有了進(jìn)一步的鞏固和提高，在求學(xué)和研究的心態(tài)上也有不小的進(jìn)步。我想無論是在學(xué)習(xí)還是在生活上只有自己有心去學(xué)習(xí)和參與才可能有收獲，同時(shí)我也深深感受到理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。以前一直覺得理論知識(shí)離我們很遠(yuǎn)，經(jīng)過課程設(shè)計(jì)，才發(fā)現(xiàn)理論知識(shí)與生活的聯(lián)系。這大大激發(fā)我學(xué)習(xí)書本的興趣。再者我們學(xué)習(xí)的是工科，不單純只是理論方面的工作，還應(yīng)該考慮到實(shí)際情況。理論計(jì)算的的結(jié)果可能與實(shí)際稍有差別，要以實(shí)際情況為準(zhǔn)。 作為一名學(xué)習(xí)自動(dòng)化的學(xué)生，我們的夢(mèng)想是成為一名電氣工程師，所以我覺得能做類似的課程設(shè)計(jì)是十分有意義，而且是十分必要的。在成為一名合格的電氣工程師之前我們必須經(jīng)歷硬件的制作、軟件的調(diào)試、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這三個(gè)步驟。課程設(shè)計(jì)中我既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，又掌握了Matlab在自動(dòng)化應(yīng)用中的基本使用方法。總之，在設(shè)計(jì)過程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過的新知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了獨(dú)立的去發(fā)現(xiàn)，面對(duì)，分析，解決新問題的能力，不僅