PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证

目录

1.ＭAＴＬAB简介 (2)

３系统设计及参数计算3ﻩ

3．1系统总体设计ﻩ３

３．1．1 H型双极式ＰWM原理 (3)

3.１．2双闭环调速系统结构图 ··························································································５

3．1．3双闭环调速系统启动过程分析6ﻩ

3.2电流调节器设计及参数计算8ﻩ

3.3转速调节器设计及参数计算 (10)

4 MATＬAB仿真验证1ﻩ２

4．1稳定运行时电流环突然断线仿真分析1ﻩ２

参考文献18ﻩ

ＰWM脉宽直流调速系统设计及

mａtｌaｂ仿真验证

1.ＭATLAＢ简介

MATLＡB是由美国ｍaｔhworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研

究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。［

MＡTLAB和MATHEMATＩCA、MAＰLE并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。ＭATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C，FＯＲTRAＮ等语言完成相同的事情简捷得多,并且MＡＴLAB也吸收了像MAPLＥ等软件的优点,使ＭATLＡB成为一个强大的数学软件。

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UP Ｅ。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*

U变化，稳态时可减小转速误差,同时可以对负载变化起抗扰

n

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*

U(即外环调节器的输出量）变化，同时

i

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

U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, AB

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:g1g4g2g3U U U U ==-=-。在一个开关周期内，当0t t on ≤≤时，晶体管VT1、V Ｔ4饱和导通而VT2、VT3截止，这时AB U Us =。当t t T on ≤≤时，ＶＴ1、VT4截止，但VT2、ＶT ３不能立即导通，电枢电流d I 经V Ｄ2、ＶD3续流,这时AB U -Us =。

AB U 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，≥on t T ／２,则

AB U 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,=on t 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

t T-t 2t Ud Us Us -1Us T T T

on on on

=

-=（） 如果定义占空比T t on =

ρ,电压系数s

d

U U =γ,则在双极式可逆变换器中 1-2ργ=

调速时,ρ的可调范围0~1,相应的1~1-=γ。 当1

2

ρ，γ为正,电动机正转； 当2

1

ρ时,γ为负,电动机反转;

当2

1

=

ρ时,γ=0，电动机停止。 但是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。

s

K

1e

C R

α

βR

+-

*

n

U

n

U +

-*i

U i U c U +

-0d U d I R E n

d I

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α、β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：

**10 1.35V /A 2 3.7

im im dm nom U U I I βλ====⨯

转速反馈系数:

*100.05V min/200im nom U r

n α===⋅