侯成成PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)matlab仿真報(bào)告(DOC)

1、上洛大學(xué)本科生課程論文課程名稱機(jī)自學(xué)院13122565-1 -學(xué)生姓名侯成成指導(dǎo)教師楊影運(yùn)動控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)pwr直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)建模與仿真一、課程設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的一門主干專業(yè)課程， 在該課程學(xué)習(xí)中單獨(dú) 安排了 1周的控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)。其目的是要求學(xué)生針對某個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng) 功能模塊或整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生能進(jìn)一步加深對課堂教學(xué)內(nèi)容 的理解，了解典型的電機(jī)控制系統(tǒng)基本控制原理和結(jié)構(gòu)，掌握基本的調(diào)試方法， 提高綜合應(yīng)用知識的能力、分析解決問題的能力和工程實(shí)踐能力，并初步培養(yǎng)實(shí) 事求是的工作作風(fēng)和撰寫科研總結(jié)報(bào)告的能力。二、課程設(shè)計(jì)的基本要求運(yùn)動

2、控制系統(tǒng)被控對象是交、直流電動機(jī)，能量轉(zhuǎn)換是由電力電子器件 構(gòu)成的變換器，微機(jī)構(gòu)成控制器。因此控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)學(xué)生應(yīng)掌握以下基 本內(nèi)容：(4)(5)交、直流電動機(jī)； 電力電子變換器； 微機(jī)控制器； 轉(zhuǎn)速、電流等檢測電路； 輸入輸出轉(zhuǎn)換電路、調(diào)理電路和功放電路等。三. 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及基本要求1 .設(shè)計(jì)內(nèi)容(2)(3)設(shè)計(jì)系統(tǒng)各單元電路和主控電路；分析并測定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出特性及其參數(shù)，調(diào)試各單元電路;系統(tǒng)性能分析與程序設(shè)計(jì)；系統(tǒng)校正，修正系統(tǒng)靜、動態(tài)性能。(4)2.控制對象參數(shù)直流電動機(jī)：型號為Z4-132-1，額定電壓V,額定電流A,額定轉(zhuǎn)速為2610r/min，反電動勢系數(shù)=0.1

3、459 Vmin/r，允許過載倍數(shù)=1.5 ; PWM變換器開關(guān)頻 率：8KHz放大系數(shù)：=107.5; (538/5=107.5)，直流母線電壓為538乂電樞回 路總電阻：；時(shí)間常數(shù)：電樞回路電磁時(shí)間常數(shù) =0.0144s，電力拖動系統(tǒng)機(jī)電 時(shí)間常數(shù)=0.18s ;轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)()；對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓。3.設(shè)計(jì)要求輸出J _10(1) 在matlab/simulink 仿真平臺下搭建系統(tǒng)仿真模型。其中PWh變換器 利用給出的PWM控制器模塊和simulink/Powersystem 工具包中的功率封裝模塊 搭建，不能直接利用傳遞函數(shù)建模。比例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行積分和輸出限幅， 限幅值為+5

4、和-5。(3)給出采用比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)Kp =7， 形，分析空載起動過程中電流過流原因， 請電樞電壓波(2) 給出采用比例調(diào)節(jié)器Kp =7、比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)Kp=7， 起動到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速波形，并就穩(wěn)態(tài)靜差和動態(tài)性能進(jìn)行對比分 明原因。的轉(zhuǎn)速、電流、X 7給出解決過流問題的方法。在4s突加40%®定負(fù)載，給出仿真波形(包括轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸 出)，并加載過程中波形變化加以分析，比較加載前后穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，說明原因。四. PWM直流調(diào)速系統(tǒng)簡介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1所示，電動機(jī)M兩端電壓Uab的極性隨全控型電力電子器件

5、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)動電壓的關(guān)系是： Ug1 =Ug4 =-Ug2 =Ug3。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)OtV時(shí)，U AB = U g，電樞電 流id沿回路1流通；當(dāng)ton蘭tvT時(shí)，驅(qū)動電壓反號，id沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流， Uab二七S。因此，Uab在一個(gè)周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形，這是雙極式稱圖1.雙極式控制可逆PW變換器由于ACR輸出的數(shù)值在-1010之間，為使ACR輸出的數(shù)值同PWM發(fā)生器 輸入信號相對應(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俞

6、入端為-1，占空比為0。五.Matlab仿真設(shè)計(jì)1. PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型1.1 比例調(diào)節(jié)器Kp = 7的PW可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型如圖所示。Sufmrunubjd 護(hù) IEuiEdil InugrjurSEHi'JkMrd Cl rd創(chuàng)也Eem二-閃 切 十屜aeire gfTiTrqrb Fpi1B5 nip屛*CQCuiUnivtfulHndpaC Vah 購igffi)_IRJepenIrn IBIn1eRcLnnnl甲可龍orMOT -LnncJGpcrator*0511.2比例調(diào)節(jié)器Kp =7的PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果當(dāng)給定值為10時(shí)，轉(zhuǎn)速、電流、電樞電壓

7、波形形分別如下:、ImpelH：® 霜斤 aii 勞1.3比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)Kp =7, 1=7的PW可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型如示。1-4比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)Kp=7,的PW可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真仿真結(jié)果如示。-13 -當(dāng)給定值為10時(shí)，當(dāng)給定值為10時(shí)，轉(zhuǎn)速、電流、電樞電壓波形形分別如下:i 5:鄆：1.3仿真結(jié)果分析比例控制直流調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在 于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降的變 化。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含 了輸入偏差量的全部歷史。積分調(diào)節(jié)器到穩(wěn)態(tài)時(shí) Un=O,只要?dú)v史上有

8、過 Un , 其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓。PI控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。2#系統(tǒng)仿真模型如2.2單閉環(huán)環(huán)PWM可逆直流比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)1-10Kp =7 ,調(diào)速系統(tǒng)仿2. 單閉環(huán)PW可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型 2.1單閉環(huán)PW可逆直流調(diào)速比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)Kp =7真結(jié)果當(dāng)給定值為10時(shí)，轉(zhuǎn)速、電流、電樞電壓波形形分別如下:前&哪0昭013圖13.直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流和電磁轉(zhuǎn)矩波形2.3仿真結(jié)果分析上圖為直流電機(jī)空載時(shí)電機(jī)的輸出響應(yīng)從波形可知，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

9、能根據(jù)給定于反饋的誤差自動調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，調(diào)節(jié)占空比，從而改變橋式可逆 pwr變換器輸出的平均電壓，從而控制轉(zhuǎn)速。由于比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)是基于當(dāng)前誤差 的調(diào)節(jié)，與歷史值無關(guān)，是有差調(diào)節(jié)，故穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速下降。其余特性和開環(huán)特性一 樣。由于電源電壓過大以及電樞繞組電阻過小，都有可能導(dǎo)致過流，處理辦法由降壓起動或者串電阻啟動等。3. 單閉環(huán)PW可逆直流調(diào)速系統(tǒng)在4s突加40獅定負(fù)載仿真模型3.1單閉環(huán)PW可逆直流調(diào)速系統(tǒng)在4S突加40%®定負(fù)載仿真模型如下3.3仿真結(jié)果分析。加負(fù)載前后，轉(zhuǎn)速由于轉(zhuǎn)速環(huán)在短時(shí)間的波動后趨于穩(wěn)定，電樞電流也從零 附近的值穩(wěn)定與某一定值，電樞電壓不變。從圖可知，系統(tǒng)抗擾動的性能較強(qiáng)。六.實(shí)習(xí)心得運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的一門主干專業(yè)課程， 經(jīng)過一周的控制系統(tǒng) 仿真課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我基本掌握了針對某個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)功能模塊或整 個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使我能進(jìn)一步加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，了解典型的電機(jī)控制系統(tǒng)基本控制原理和結(jié)構(gòu)， 掌握基本的調(diào)試方法，提高綜合應(yīng)用知 識的能力、分析解決問題的能力和工程實(shí)踐能力，并初步培養(yǎng)了實(shí)事求是的工作 作風(fēng)和撰寫科研總結(jié)報(bào)告的能力。在仿真的過程中，我遇到了各種各樣的問題，比如模塊的尋找，參數(shù)如何設(shè) 置等。經(jīng)過我不懈的努力，通過咨詢老師、查詢資料、詢問同學(xué)等各