電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設計PWM直流脈寬調速系統(tǒng)建模與仿真

1、學 號： 課 程 設 計題 目PWM直流脈寬調速系統(tǒng)建模與仿真學 院自動化專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級電氣0905姓 名指導教師2012年6月15日課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 電氣0905 指導教師： 工作單位： 自動化學院 題 目: PWM直流脈寬調速系統(tǒng)建模與仿真 初始條件：1技術數(shù)據(jù)： PWM變流裝置：Rrec=0.5，Ks=44。 負載電機額定數(shù)據(jù)：PN=8.5KW，UN=230V，IN=37A，nN=1450r/min，Ra=1.0，Ifn=1.14A，GD22 系統(tǒng)主電路：Tm=0.07s，Tl=0.005s 2技術指標 穩(wěn)態(tài)指標：無靜差動態(tài)指標：電流超調量：i5%，起

2、動到額定轉速時的超調量：n8%，動態(tài)速降n10%，調速系統(tǒng)的過渡過程時間（調節(jié)時間）ts1s要求完成的主要任務: 1技術要求： (1) 該調速系統(tǒng)能進行平滑的速度調節(jié)，負載電機可逆運行，具有較寬的調速范圍（D10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 (2) 系統(tǒng)在5%負載以上變化的運行范圍內(nèi)電流連續(xù) 2設計內(nèi)容：(1) 根據(jù)題目的技術要求，分析論證并確定主電路的結構型式和閉環(huán)調速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖 (2) 根據(jù)雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理圖, 分析轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的作用(3) 通過對調節(jié)器參數(shù)設計, 得到轉速和電流的仿真波形，并由仿真波形通過MATLAB來進行調節(jié)器的參數(shù)調節(jié)(4)

3、繪制PWM直流脈寬調速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計算機繪圖） (5) 整理設計數(shù)據(jù)資料，課程設計總結，撰寫設計計算說明書時間安排：課程設計時間為一周半，共分為三個階段：（1） 復習有關知識，查閱有關資料，確定設計方案。約占總時間的20%（2） 根據(jù)技術指標及技術要求，完成設計計算。約占總時間的40%（3） 完成設計和文檔整理。約占總時間的40%指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日摘要本文在介紹雙閉環(huán)PWM直流調速系統(tǒng)原理基礎上，根據(jù)系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能指標采用工程設計方法設計調節(jié)器參數(shù)，并運用Matlab的Simulink面向系統(tǒng)電氣原理結構圖的仿真方法，實現(xiàn)了轉速電流

4、雙閉環(huán)PWM直流調速系統(tǒng)的建模與仿真。本文重點介紹了調速系統(tǒng)的建模和PWM發(fā)生器、直流電機模塊等參數(shù)的設置，利用Matlab的Simulink仿真得到PWM 直流可逆調速系統(tǒng)轉速和電流仿真波形，并由仿真波形通過Matlab來進行調節(jié)器的參數(shù)調節(jié)，驗證了仿真模型及調節(jié)器參數(shù)設置的正確性。為實際應用中PWM直流脈寬調速系統(tǒng)的設計提供了理論基礎和實現(xiàn)的平臺，使得設計過程變得非常簡單、快速！關鍵詞：直流脈寬調制、雙閉環(huán)、MATLAB目錄PWM直流脈寬調速系統(tǒng)建模與仿真11 概述12 設計任務及要求22.1 主要任務 22.2 設計要求 23 理論設計33.1 方案論證33.2 系統(tǒng)模型的建立5 直流電

5、機模型 53.2.2 調速系統(tǒng)動態(tài)模型83.3 調速系統(tǒng)性能分析 93.3.1 靜態(tài)性能和啟動過程 93.3.2 動態(tài)性能113.3.3 兩個調節(jié)器的作用123.4 調節(jié)器設計123.4.1 電流調節(jié)器的設計133.4.1.1 確定時間常數(shù)143.4.1.2 選擇電流調節(jié)器的結構153.4.1.3 選擇電流調節(jié)器的參數(shù)153.4.1.4 檢驗近似條件153.4.1.5 計算ACR的電容電阻163.4.2 轉速調節(jié)器的設計163.確定時間常數(shù) 163.選擇轉速調節(jié)器的結構 163.4.2.3選擇轉速調節(jié)器的參數(shù) 173.4.2.4檢驗近似條件 173.4.2.5計算ASR的電容電阻 173.選擇

6、超調量的計算 183.4.2.7校驗過渡過程時間 184 MATLAB仿真 194.1 MATLAB簡介194.2 PWM直流脈寬調速系統(tǒng)仿真 194.3 仿真結果 205 總結與體會 21參考文獻 22PWM直流脈寬調速系統(tǒng)建模與仿真1概述直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調整，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。自從全控型電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調制的高頻開關控制方式，形成了脈寬調制變換器-直流電動機調速系統(tǒng)，簡稱直流PWM調速系統(tǒng)。直流PWM調速系統(tǒng)采用門極可關斷晶閘管GTO、全控電力晶體管GTR、MOSFET、IGBT等電力電

7、子器件組成的直流脈沖寬度（PWM）型的調速系統(tǒng)近年來已經(jīng)發(fā)展成熟，用途越來越廣泛，與晶閘管可控整流調速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）相比，在很多方面具有較大的優(yōu)越性：（1）主電路線路簡單，需用的功率元件少；（2）開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗和發(fā)熱都較??；（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調速范圍寬；（4）系統(tǒng)頻帶寬，快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強；（5）主電路元件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，裝置效率較高；（6）直流電源采用不可控三相整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)高。因此，對直流PWM調速系統(tǒng)的學習和研究具有很高的實用價值，能夠為以后的工作學習提供扎實的基礎。2 主要任務及要求題目中所給的負載電機額定數(shù)

8、據(jù)如下：PN=8.5KW，UN=230V，IN=37A，nN=1450r/min，Ra=1.0，Ifn=1.14A，GD22 Tm=0.07s，Tl=0.005s所給出的PWM變流裝置參數(shù)如下：Rrec=0.5，Ks=44。 2.1 主要任務(1) 根據(jù)題目的技術要求，分析論證并確定主電路的結構型式和閉環(huán)調速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖 (2) 根據(jù)雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理圖, 分析轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的作用, (3) 通過對調節(jié)器參數(shù)設計, 得到轉速和電流的仿真波形，并由仿真波形通過MATLAB來進行調節(jié)器的參數(shù)調節(jié)。(4) 繪制PWM直流脈寬調速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計算機繪圖）

9、(5) 整理設計數(shù)據(jù)資料，課程設計總結，撰寫設計計算說明書2.2 設計要求(1) 該調速系統(tǒng)能進行平滑的速度調節(jié)，負載電機可逆運行，具有較寬的調速范圍（D10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 (2) 系統(tǒng)在5%負載以上變化的運行范圍內(nèi)電流連續(xù) (3)穩(wěn)態(tài)指標：無靜差(4)動態(tài)指標：電流超調量：i5%，起動到額定轉速時的超調量：n8%，動態(tài)速降n10%，調速系統(tǒng)的過渡過程時間（調節(jié)時間）ts1s3 理論設計3.1 方案論證要求采用直流PWM調制，所以開關器件必須是全控型的電力電子器件，全控型的器件有門極可關斷晶閘管GTO、全控電力晶體管GTR、MOSFET、IGBT等，因為IGBT具有較高的開關頻

10、率，較高的功率承受能力，而且驅動簡單，所以選擇IGBT作為開關器件。題目要求實現(xiàn)電機的可逆運行，要求轉速反向，就需要改變PWM變換器輸出的電壓的正負極性，使得直流電機可以在四象限中運行?？赡鍼WM變換器的主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H橋型）電路，如圖1所示，電機兩端電壓的極性隨著全控型電力電子器件的開關狀態(tài)而改變?？赡鍼WM變換器的控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，在這里采用最常見的是雙極式控制的H橋型PWM變換器。圖1 橋式可逆變換器電路雙極式PWM變換器的工作狀態(tài)要視正、負脈沖電壓的寬窄而定，如圖2所示。當正脈沖較寬時，>，則電樞兩端的平均電壓為正，在電動運行時電

11、動機正轉。當正脈沖較窄時，<，平均電壓為負，電動機反轉。如果正、負脈沖寬度相等，=，平均電壓為零，則電動機停止。圖2雙極式PWM變換器電壓和電流波形雙極式可逆PWM變換器電樞平均端電壓為： 以=定義PWM電壓的占空比，則=的變化范圍為 1。當為正值時，電動機正轉；為負值時，電動機反轉；0時，電動機停止。在0時雖然電機不動，電樞兩端的瞬時電和瞬時電流都不是零，而是交變的。這個交變電流平均值為零，不產(chǎn)生平均轉矩，陡然增大電機的損耗。但它的好處是使電機帶有高頻的微振，起著所謂“動力潤滑”的作用，消除正、反向的靜摩擦死區(qū)。調速性能指標要求無靜差、電流超調量：i5%，起動到額定轉速時的超調量：n8

12、%，動態(tài)速降n10%，調速系統(tǒng)的過渡過程時間（調節(jié)時間）ts1s?？梢钥吹竭@樣的指標要求較高，采用一般的單閉環(huán)調速方式不可能達到要求，所以這里采用轉速、電流雙閉環(huán)調速控制方式。轉速、電流反饋控制的直流調速系統(tǒng)是靜、動態(tài)性能優(yōu)良、應用最廣的直流調速系統(tǒng)。轉速、電流雙閉環(huán)調速控制直流調速系統(tǒng)原理圖如圖3所示，為實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋。兩者之間實行嵌套連接。把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這

13、就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。圖3 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理圖其中：ASR-轉速調節(jié)器 ACR-電流調節(jié)器 TG-測速發(fā)電機 TA-電流互感器 UPE-電力電子變換器 -轉速給定電壓 Un-轉速反饋電壓 -電流給定電壓 -電流反饋電壓3.2 系統(tǒng)模型的建立3.2.1 直流電機模型直流電機有穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型，由于這里主要研究系統(tǒng)的動態(tài)性能，而且動態(tài)模型中包含了穩(wěn)態(tài)模型，所以這里只給出了直流電機動態(tài)模型的建立。他勵直流電機在額定勵磁下的等效電路如圖4所示，其中電樞回路總電阻R和電感L包含電力變換內(nèi)阻、電樞電阻和電感及可能在主電路中接入的其他電阻和電感，規(guī)定的正方向已標明在圖中。圖4他

14、勵直流電機在額定勵磁下的等效電路假定主電路電流連續(xù)，動態(tài)電壓方程為忽略粘性摩擦及彈性轉矩，電機軸上的動力學方程為式中 包括電機空載轉矩在內(nèi)的負載轉矩（）； 電力拖動裝置折算到電機軸上的飛輪慣量（）額定勵磁下的感應電動勢和電磁轉矩分別為式中 電機額定勵磁下的轉矩系數(shù)（），。再定義下列時間常數(shù)： 電樞回路電磁時間常數(shù)（S），； 電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)（S），。代入電壓方程和動力學方程整理得式中 負載電流（A），。在零初始條件下，取拉氏變換，得到電壓與電流間的傳遞函數(shù)為電流與電動勢的傳遞函數(shù)為結合上述兩式，考慮，即得到額定勵磁下直流電機的動態(tài)結構圖，如圖5所示。圖5額定勵磁下直流電機的動態(tài)結構圖經(jīng)

15、過等效變換，可以的到如圖6所示的動態(tài)結構框圖。圖6直流電機動態(tài)結構框圖的變換由此可以的到直流電機的傳遞函數(shù)3.2.2 調速系統(tǒng)動態(tài)模型在圖2所示的轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理圖中轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器一般采用PI調節(jié)器以消除靜態(tài)誤差。電力電子變換器由橋式可逆變換器電路組成的，而PWM變換器電路由PWM控制器發(fā)出驅動電壓來控制主電路上的全控器件實現(xiàn)的，如圖7所示。PWM控制器PWM變換器圖7 PWM控制器與變換器的框圖按照3.1節(jié)中對PWM變換器工作原理和波形的分析，可以看出，當控制電壓改變時，PWM變換器輸出平均電壓按照線性規(guī)律變換，但其相應會有延遲，最大的時延是一個開關周期T。因此PWM

16、控制器與變換器可以看成是一個滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫成式中 PWM裝置的放大系數(shù)； PWM裝置的延長時間，。當開關頻率較大時，在一般的電力拖動自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)較小的滯后環(huán)節(jié)可以近視看成一個一階的慣性環(huán)節(jié)注意上式是近似的傳遞函數(shù)，實際的PWM變換器不是一個線性環(huán)節(jié)，而是具有繼電特性的非慣性環(huán)節(jié)。至于電流反饋環(huán)節(jié)和轉速反饋環(huán)節(jié)都可以看成是線性的一階慣性環(huán)節(jié)，。那么根據(jù)轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理圖圖3可以得到雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖如圖8所 圖8 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖3.3 調速系統(tǒng)性能分析靜態(tài)性能和啟動過程雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于時表現(xiàn)為轉速無靜差。這時

17、，轉速負反饋起主要的調節(jié)作用，但負載電流達到時,對應于轉速調節(jié)器的飽和輸出，這時，電流調節(jié)器起主要調節(jié)作用,系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差,得到過電流的自動保護。這就是采用了兩個PI調節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。然而，實際上運算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大，因此，靜特性的兩段實際上都略有很小的靜差，見圖9。圖9 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性設置雙閉環(huán)控制的一個重要目的是獲得接近于理想的起動過程，雙閉環(huán)調速系突加給定電壓由靜止狀態(tài)起動時，轉速和電流的過渡過程如圖10所示。由于在起動過程中轉速調節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，整個過渡過程也就分成三段，在圖中分別以、II、II圖10雙閉

18、環(huán)脈寬調速系統(tǒng)起動時轉速和電流波形第I階段0是電流上升的階段。突加給定電壓后，通過兩個調節(jié)器的控制作用，使、上升，當后，電動機開始轉動。由于電慣性的作用，轉速的增長不會很快，因而轉速調節(jié)器ASR的輸入偏差電壓數(shù)值較大，其輸出很快達到限幅值，強迫電流迅速上升。當時，電流調節(jié)器的作用使不在迅速增長，標志著這一階段的結束。在這一階段中，ASR由不飽和很快達到飽和，而ACR一般應該不飽和以保證電流環(huán)的調節(jié)作用。第II階段是恒流升速階段。從電流升到開始，到轉速升到給定值（即靜特性上的）為止，屬于恒流升速階段，是起動過程的主要階段。在這個階段中，ASR一直是飽和的，轉速環(huán)相當于是開環(huán)。系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流

19、給定作用下的電流調節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定（電流可能超也可能不超調，取決于電流調節(jié)環(huán)的結構和參數(shù)），因而拖動系統(tǒng)的加速度恒定，轉速呈線性增長。與此同時，電動機的反電動勢E也按線性增長。對電流調節(jié)系統(tǒng)來說，這個反電動勢是一個線性漸增的擾動量，為了克服這個擾動，和也必須基本上按線性增長，才能保持恒定。由于電流調節(jié)器ACR是PI調節(jié)器，要使它的輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，應略低于。此外還應指出，為了保證電流環(huán)的這種調節(jié)作用，在起動過程中電流調節(jié)器是不飽和的。第III階段以后是轉速調節(jié)階段。在這階段開始時，轉速已經(jīng)達到給定值，轉速調節(jié)器的給定與反饋電壓相平衡，輸入偏

20、差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電機仍在最大電流下加速，必然會使轉速超調。轉速超調以后，ASR輸入端出現(xiàn)負的偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓即ACR的給定電壓立即從限幅值降下來，主電流也因而下降。但是，由于仍大于負載電流，在一段時間內(nèi)，轉速將繼續(xù)上升。到時，轉矩,則，轉速n到達峰值（t=時）。此后。電動機才開始在負載的阻力下減速，與此相應，電流也出現(xiàn)一段小于的過程，直到穩(wěn)定。在這最后的轉速調節(jié)階段內(nèi)，ASR與ACR都不飽和，同時起調節(jié)作用。由于轉速調節(jié)在外環(huán)，ASR處于主導地位，而ACR的作用則是力圖使盡快地跟隨ASR的輸出量，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng).由上

21、述可知，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，在啟動過程的大部分時間內(nèi)，ASR處于飽和限幅狀態(tài)，轉速環(huán)相當于開路，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調節(jié)，從而可基本上實現(xiàn)理想過程。雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的轉速響應一定有超調，只有在超調后，轉速調節(jié)器才能退出飽和，使在穩(wěn)定運行時ASR發(fā)揮調節(jié)作用，從而使在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運行中表現(xiàn)為無靜差調速。故雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)品質。動態(tài)性能（一）動態(tài)跟隨性能如上所述，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在起動和升速過程中，能夠在電流受電機過載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性能。在減速過程中，由于主電路電流的不可逆性，跟隨性能變差。對于電流內(nèi)環(huán)來說，在設計調節(jié)器時應該強調有良好的跟隨性能。（二）動態(tài)抗擾性能

22、1抗負載擾動負載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉速調節(jié)器來產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加（減）負載時，必然會引起動態(tài)速降（升）。為了減少動態(tài)速降（升），必須在設計ASR時，要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標。對于ACR的設計來說，只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。2.電網(wǎng)電壓擾動和負載擾動在系統(tǒng)動態(tài)結構圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對它的動態(tài)抗擾效果也不一樣。負載擾動作用在被調量n的前面。它的變化經(jīng)積分后就可被轉速檢測出來，從而在調節(jié)器ASR上得到反映。電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調量更遠，它的波形先要受到電磁慣性的阻撓后影響到電樞電流，再經(jīng)過機電慣性的滯后才能反映到轉速上來，等到轉速反饋產(chǎn)生調節(jié)作用，已經(jīng)太

23、晚。在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，由于增設了電流內(nèi)環(huán)，這個問題便大有好轉。由于電網(wǎng)電壓擾動被包圍在電流環(huán)之內(nèi)，當電壓波動時，可以通過電流反饋得到及時的調節(jié)，不必等到影響到轉速后，才在系統(tǒng)中起作用。因此，在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的動態(tài)速降會比單閉環(huán)系統(tǒng)中小得多。3.3.3 兩個調節(jié)器的作用1.轉速調節(jié)器的作用（1）使轉速n跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。（2）對負載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。2.電流調節(jié)器的作用（1）對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。（2）起動時保證獲得允許的最大電流。（3）在轉速調節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化。（4）當電機過載甚至堵轉時，限制電樞

24、電流的最大值，從而起到快速的安全飽和作用。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動恢復正常。3.4 調速器設計我們現(xiàn)在采用一般系統(tǒng)調節(jié)器的工程設計方法具體設計雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器。由工程設計法可知，設計多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)逐步向外擴展。在這里，先從電流環(huán)入手，首先設計好電流調節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉速調節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設計轉速調節(jié)器。3.4.1 電流調速器的設計H型雙極式PWM變換器供電的直流調速系統(tǒng)，直流電動機的參數(shù)以及給出：額定功率=8.5KW，額定電壓=230V，額定電流=37A，電樞電阻Ra=1，額定轉速=1450r/min。系統(tǒng)主電路參數(shù)：Tm=0.07

25、s，Tl=0.005s PWM變流裝置參數(shù)：電阻=0.5，=44設電流過載倍數(shù)=1.5，PWM變流裝置的開關頻率為4KHz則根據(jù)電流環(huán)結構圖圖11進行電流調速器參數(shù)設計如下圖11 電流環(huán)結構圖3確定時間常數(shù)（1）脈寬調制器和PWM變換器的滯后時間常數(shù)與傳遞函數(shù)的計算由PWM開關頻率得到開關周期脈寬調制器和PWM變換器的放大系數(shù)為 于是可得脈寬調制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)為（2）電流濾波時間常數(shù) 取0.0005s（3）電流環(huán)小時間常數(shù) 3選擇電流調節(jié)器結構根據(jù)設計要求，而且因此可以按典型I型系統(tǒng)設計電流調節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為 3選擇電流調節(jié)器參數(shù)要求時，應取，因此又 于是3檢驗近似條件

26、 （1）要求，現(xiàn)。（2）要求，現(xiàn)。（3）要求， 現(xiàn)。 可見均滿足要求。3計算ACR的電阻和電容取=40k，則 ，取 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)指標為，故滿足設計要求。3.4.2轉調節(jié)器的設計3.4.2.1 確定時間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時間常數(shù)為（2）取轉速濾波時間常數(shù)（3）3.4.2.2 ASR結構設計根據(jù)穩(wěn)態(tài)無靜差及其他動態(tài)指標要求，按典型II型系統(tǒng)設計轉速環(huán)，ASR選用PI調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 3.4.2.3 選擇ASR參數(shù)取h=5，則則 3.4.2.4 校驗近似條件 （1）要求，現(xiàn)有。（2）要求，現(xiàn)有可見均能滿足要求。3.4.2.5 計算ASR電阻和電容取，則 ，取600 ，取0

27、.055 3.4.2.6 檢驗轉速超調量 當h=5時，而，因此可見轉速超調量滿足要求。2.4.2.7 校驗過渡過程時間空載起動到額定轉速的過渡過程時間可見能滿足設計要求。4 MATLB仿真4.1 MATLAB簡介 系統(tǒng)仿真和調試在設計電路時,要對所設計的電路的性能進行預計、判斷和校驗。過去常用數(shù)學和物理這兩種方法,它們對設計規(guī)模較小的一般電路是可行的。隨著大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展,電路品種日新月異,規(guī)模越來越大,同時對電路的可靠性、性價比也越來越高,原來的方法已完全不能適應電路的要求。控制系統(tǒng)的計算機法仿真是一門涉及到控制理論、計算機技術的綜合性新興學科。它是以控制系統(tǒng)的數(shù)學模型為基礎，以計算

28、機為工具，對系統(tǒng)進行實驗研究的一種方法。系統(tǒng)仿真就是用模型代替實際系統(tǒng)進行實驗和研究，而計算機仿真能夠為各種試驗提供方便、靈活可靠的數(shù)學模型。目前應用的比較多的是MATLAB ,它包含了強大的仿真器和仿真庫。使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法是：以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎，使用MATLAB的Simulink工具箱，從元件庫中選取所需的元件,連接好原理圖,加上激勵源,然后單擊仿真按鈕即可自動開始,可以同時觀察復雜的模擬信號和數(shù)字信號波形,以及得到電路性能的全部波形4.2 PWM直流脈寬調速系統(tǒng)仿真仿真的動態(tài)模型已經(jīng)在節(jié)中給出，如圖8所示。而且模型中各環(huán)節(jié)的參數(shù)在3.4節(jié)中已經(jīng)計算

29、好了，現(xiàn)在只需要將動態(tài)模型和參數(shù)都輸入到MATLAB中的Simulink中即可進行仿真。在Simulink中建立的模型如圖12圖12 PWM直流脈寬調速系統(tǒng)仿真圖輸入給定Step為一個階躍信號，在t=0時刻由0躍變到10，若負載擾動Step1不加信號，則是仿真空載啟動的情況；若負載擾動Step1加一個在t=0時刻由0躍變到37的階躍信號，則是仿真滿載啟動的情況。運行仿真，然后雙擊Scope就可以查看仿真所得的電流波形和轉速波形。43仿真結果滿載啟動的電流電壓波形如圖13所示。圖13 滿載啟動時電流、轉速波形可以看到系統(tǒng)在小于0.6s的時間完成啟動過程達到靜態(tài)穩(wěn)定。啟動過程波形非常理想，由此算出：可以看出滿載啟動時電流超調量和轉速超調量都滿足要求?？蛰d啟動，穩(wěn)定后，在t=1s時突加額定負載的仿真波形如圖14所示圖14 空載啟動，穩(wěn)定后，在t =1s時突加額定負載的仿真波形可以看到系統(tǒng)在0.3s以前完成了空載啟動，達到靜態(tài)穩(wěn)定，啟動波形非常理想。，。由此可以算出可以看出空載啟動時電流超調量和轉速超調量都滿足要求?？蛰d啟動穩(wěn)定之后，突加額定負載，可以看到系統(tǒng)只經(jīng)過了0.1s的