双闭环直流脉宽调速系统建模与仿真设计kk.docx

PWM直流调速系统的建模与仿真设计PWM双闭环直流脉宽调速系统建模与仿真设计一、设计内容1.1设计目的1. 掌握转速，电流双闭环控制的PWM直流调速原理。2. 掌握并熟练运用MATLAB对系统进行仿真。调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻Ra=0.2,允许过载倍数= 1.5;电枢回路总电阻:R= 0.5,电枢回路总电感:L= 15mH,电动机轴上的总飞轮力矩:GD2= 22.5Nm2,晶闸管装置:放大系数Ks=40,电流反馈系数:=0.05V/A,转速反馈系数:=0.007Vmin/r,滤波时间常数:Toi=0.002s ,Ton=0.01s1.3设计要求(1)稳态指标:转速无静差;(2)动态指标:电流超调量i5%,空载起动到额定转速的转速超调量n10%二、设计思路2.1 PWM调速原理可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图所示，电动机M两端电压的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改变。双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压的关系是：。在一个开关周期内，当0t时，电枢电流id沿回路1流通；当tT时，驱动电压反号，id沿回路2经二极管续流，。因此，在一个周期内具有正负相间的脉冲波形，这是双极式名称的由来。2.2 PWM 发生器的建模直流脉宽调速系统仿真的关键是PWM 发生器的建模。从双闭环调速系统的动态结构框图可知， 电流调节器ACR 输出最大限幅时，H 桥的占空比为1。对于PWM 发生器， 采用两个Discrete PWM Generator 模块。由于此模块中自带三角波，其幅值为1，且输入信号应在-1 与1 之间，将输入信号同三角波信号相比较， 当比较结果大于0时， 占空比大于50 %，PWM 波表现为上宽下窄，电机正转；当比较结果小于0 而大于-1 时，占空比小于50 %，PWM 波表现为上窄下宽， 电机反转。Discrete PWM Generator 模块的参数设置为：调制波为外设，载波频率根据电力电子开关频率确定。其次，由于电机运转时，H 桥应与对角两管触发信号一致，为此采用Selector 模块（路径为：Simulink/Signal Routing/Selector），其参数设置为：Input Type 为Vector，Elements 为1 2 4 3， 使得PWM 发生器信号同H 桥对角两管触发信号相对应。PWM 发生器模型及封装后子系统如下图所示。PWM 发生器模型及封装后子系统由于ACR 输出的数值在-1010 之间， 为使ACR 输出的数值同PWM 发生器输入信号相对应， 在ASR 输出端加了一个Gain 模块， 参数为0.1。这样，当ASR 输出限幅10 时，PWM 输入端为1， 占空比为1； 当ASR 输出限幅为-10 时，PWM 输入端为-1，占空比为0。2.3转速、电流双闭环系统原理2.3.1 双闭环调速系统结构图转速、电流双闭环直流调速系统的结构图如图转速、电流双闭环直流调速系统的结构图图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，在用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE，从闭环结构上看，电流环在里面，称作电流内环；速度换在外边，称作转速外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。2.3.2电流环的设计1. 确定时间常数整流装置滞后时间常数： 电流滤波时间常数： 电流环小时间常数按小时间常数近似处理取2. 选择电流调节器结构和参数根据设计要求，电流环设计为典I系统，选择PI调节器，其传递函数为: 检查对电源电压的抗扰性能：3. 校验近似条件晶闸管装置传递函数近似条件：，满足近似条件。1) 忽略反电动势对电流环影响的条件：，满足近似条件。2) 小时间常数近似处理条件：。满足近似条件。放大系数=2.27。 经过参数调整以后取3.76按照上述参数， 满足设计要求2.3.3转速环的设计1.电流环等效时间常数,则转速滤波时间常数转速小时间常数按小时间常数近似处理，所以取2选择转速调节器的结构和参数根据设计要求，应按照典II系统设计转速环节，故ASR选择PI调节器，传递函数为：转速调节器参数：按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为 转速环开环增益所以，ASR的比例系数为3校验转速超调量：当h=5时， 于是，综合上式，可求的 满足设计要求。电流环电气设计图转速环电气设计图三、Matlab仿真设计3.1 PWM双闭环调速系统仿真框图双闭环直流调速系统仿真框图3.2 仿真结果3.2.1 ACR输出波形ACR输出波形如图所示3.2.2 ASR输出波形ASR输出波形如图所示四、实习心得：本次课程设计历时两周，在整个设计过程中，我不仅巩固了以前所学到的知识，更学到了许多课外的知识。通过这次的课程设计，我也发现了很多平时学习中的不足，可谓是收获颇多。 通过这次课设，我不仅在知识上有了进一步的巩固和提高，在求学和研究的心态上也有不小的进步。我想无论是在学习还是在生活上只有自己有心去学习和参与才可能有收获，同时我也深深感受到理论与实践相结合的重要性。以前一直觉得理论知识离我们很远，经过课程设计，才发现理论知识与生活的联系。这大大激发我学习书本的兴趣。再者我们学习的是工科，不单纯只是理论方面的工作，还应该考虑到实际情况。理论计算的的结果可能与实际稍有差别，要以实际情况为准。 作为一名学习自动化的学生，我们的梦想是成为一名电气工程师，所以我觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。在成为一名合格的电气工程师之前我们必须经历硬件的制作、软件的调试、系统的设计这三个步骤。课程设计中我既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了Matlab在自动化应用中的基本使用方法。总之，在设计过程中，我不仅学到了以前从未接触过的新知识，而且学会了独立的去发现，面对，分析，解决新问题的能力，不仅学到了知识，又锻炼了自己的能力，使我受益匪浅。参考文献1院毅 陈伯时.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社,20092邹伯敏自动控制理论.北京:清华大学出版社,20093胡寿松 自动控制理论第五版.北京：科学出版社4孙树朴 李明 王旭光 伍小杰 王勉华 郑征.电力电子技术.中国矿业大学出版社