pwm直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)…………………………………………………………………………1</p><p>　　1 概述……………………………………………………………………………………………1</p><p>　　2 設(shè)計任務(wù)及要求………………………………………………………………………………

2、2</p><p>　　2.1 主要任務(wù) ………………………………………………………………………………2</p><p>　　2.2 設(shè)計要求 ………………………………………………………………………………2</p><p>　　3 理論設(shè)計………………………………………………………………………………………3</p><p>　　3.1 方案

3、論證………………………………………………………………………………3</p><p>　　3.2 系統(tǒng)模型的建立………………………………………………………………………5</p><p>　　3.2.1 直流電機模型 ………………………………………………………………………5</p><p>　　3.2.2 調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)模型…………………………………………………………

4、………8</p><p>　　3.3 調(diào)速系統(tǒng)性能分析 ……………………………………………………………………9</p><p>　　3.3.1 靜態(tài)性能和啟動過程 ………………………………………………………………9</p><p>　　3.3.2 動態(tài)性能……………………………………………………………………………11</p><p>　　3.

5、3.3 兩個調(diào)節(jié)器的作用…………………………………………………………………12</p><p>　　3.4 調(diào)節(jié)器設(shè)計……………………………………………………………………………13</p><p>　　4 MATLAB仿真 …………………………………………………………………………………19</p><p>　　4.1 PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真 …………………………

6、………………………………19</p><p>　　4.2 仿真結(jié)果 ………………………………………………………………………………19</p><p>　　5 小結(jié) ………………………………………………………………………………………20</p><p>　　參考文獻 ………………………………………………………………………………………21</p><

7、p>　　附頁……………………………………………………………………………………………21</p><p><b>　　1概述</b></p><p>　　直流電動機具有良好的起、制動性能，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)整，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)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(diào)制的高頻開關(guān)控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換

8、器--直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　直流PWM調(diào)速系統(tǒng)采用門極可關(guān)斷晶閘管GTO、全控電力晶體管GTR、MOSFET、IGBT等電力電子器件組成的直流脈沖寬度（PWM）型的調(diào)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(diào)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(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗和發(fā)

9、熱都較小；（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；（4）系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強；（5）主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)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。</p><p><b>　　2 主要任務(wù)及要求</b></p><p>　　題目中所給的負載電機額定數(shù)據(jù)如下：</p><p>

10、　　PN=8.5KW，UN=230V，IN=37A，nN=1450r/min，Ra=1.0Ω，Ifn=1.14A，GD2=2.96N.m2 Tm=0.07s，Tl=0.005s</p><p>　　所給出的PWM變流裝置參數(shù)如下：</p><p>　　Rrec=0.5Ω，Ks=44。 </p><p><b>　　2.1 主要任務(wù)</b><

11、;/p><p>　　(1) 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖</p><p>　　(2) 根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖, 分析轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用, </p><p>　　(3) 通過對調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計, 得到轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形，并由仿真波形通過MATLAB來進行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)。</p>

12、<p>　　(4) 繪制PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖.</p><p><b>　　2.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　(1) 該調(diào)速系統(tǒng)能進行平滑的速度調(diào)節(jié)，負載電機可逆運行，具有較寬的調(diào)速范圍（D≥10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 </p><p>　　(2) 系統(tǒng)在5%負載以上變化的運行范圍內(nèi)電流連續(xù) &

13、lt;/p><p>　　(3)穩(wěn)態(tài)指標：無靜差</p><p>　　(4)動態(tài)指標：電流超調(diào)量：δi≤5%，起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量：δn≤8%，動態(tài)速降Δn≤10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間（調(diào)節(jié)時間）ts≤1s</p><p>　　3 理論設(shè)計3.1 方案論證</p><p>　　要求采用直流PWM調(diào)制，所以開關(guān)器件必須是全控型的電力電子器件

14、，全控型的器件有門極可關(guān)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(guān)頻率，較高的功率承受能力，而且驅(qū)動簡單，所以選擇IGBT作為開關(guān)器件。</p><p>　　要求實現(xiàn)電機的可逆運行，要求轉(zhuǎn)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Ｍ兩端電壓

15、的極性隨著全控型電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)而改變。可逆PWM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。</p><p>　　圖1 橋式可逆ＰＷＭ變換器電路</p><p>　　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，在電動運行時電動機正轉(zhuǎn)。當正脈沖較窄

16、時，<，平均電壓為負，電動機反轉(zhuǎn)。如果正、負脈沖寬度相等，=，平均電壓為零，則電動機停止。</p><p>　　圖2雙極式PWM變換器電壓和電流波形</p><p>　　雙極式可逆PWM變換器電樞平均端電壓為：</p><p>　　以=定義PWM電壓的占空比，則</p><p><b>　　=</b></p&

17、gt;<p>　　ρ的變化范圍為 ≤ρ≤1。當ρ為正值時，電動機正轉(zhuǎn)；ρ為負值時，電動機反轉(zhuǎn)；ρ＝0時，電動機停止。在ρ＝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(zhuǎn)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)。</p><p>　　調(diào)速性能指標要求無靜差、電流超調(diào)量：δi≤5

18、%，起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量：δn≤8%，動態(tài)速降Δn≤10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間（調(diào)節(jié)時間）ts≤1s?？梢钥吹竭@樣的指標要求較高，采用一般的單閉環(huán)調(diào)速方式不可能達到要求，所以這里采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制方式。轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是靜、動態(tài)性能優(yōu)良、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖3所示，為實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別

19、引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。兩者之間實行嵌套連接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(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，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　圖3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　其中：ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR-電流調(diào)節(jié)器 TG-測速發(fā)電機 TA

20、-電流互感器 UPE-電力電子變換器 -轉(zhuǎn)速給定電壓 Un-轉(zhuǎn)速反饋電壓 -電流給定電壓 -電流反饋電壓</p><p>　　3.2 系統(tǒng)模型的建立</p><p>　　3.2.1 直流電機模型</p><p>　　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。</p>

21、<p>　　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。</p><p>　　圖4他勵直流電機在額定勵磁下的等效電路</p><p>　　假定主電路電流連續(xù)，動態(tài)電壓方程為</p><p>　　忽略粘性摩擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電機軸上的

22、動力學(xué)方程為</p><p>　　式中 包括電機空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負載轉(zhuǎn)矩（）；</p><p>　　電力拖動裝置折算到電機軸上的飛輪慣量（）</p><p>　　額定勵磁下的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為</p><p>　　式中 電機額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)（），。</p><p>　　再定義下列時間常數(shù)：<

23、/p><p>　　電樞回路電磁時間常數(shù)（S），；</p><p>　　電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)（S），。</p><p>　　代入電壓方程和動力學(xué)方程整理得</p><p>　　式中 負載電流（A），。</p><p>　　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</p><p&

24、gt;　　電流與電動勢的傳遞函數(shù)為</p><p>　　結(jié)合上述兩式，考慮，即得到額定勵磁下直流電機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖5所示。</p><p>　　圖5額定勵磁下直流電機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　經(jīng)過等效變換，可以的到如圖6所示的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖6直流電機動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的變換</p><p>

25、;　　由此可以的到直流電機的傳遞函數(shù)</p><p>　　3.2.2 調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)模型</p><p>　　在圖2所示的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器一般采用PI調(diào)節(jié)器以消除靜態(tài)誤差。電力電子變換器由橋式可逆ＰＷＭ變換器電路組成的，而PWM變換器電路由PWM控制器發(fā)出驅(qū)動電壓來控制主電路上的全控器件實現(xiàn)的，如圖7所示。</p><p>　

26、　圖7 PWM控制器與變換器的框圖</p><p>　　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(yīng)會有延遲，最大的時延是一個開關(guān)周期T。因此PWM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</p><p>　　式中 PWM裝置的放大系數(shù)；</p><p>　　

27、PWM裝置的延長時間，。</p><p>　　當開關(guān)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)</p><p>　　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)。</p><p>　　至于電流反饋環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、電流雙

28、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖3可以得到雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖8所</p><p>　　圖8 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3 調(diào)速系統(tǒng)性能分析</p><p>　　3.3.1靜態(tài)性能和啟動過程</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差。這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要的調(diào)節(jié)作用，但負載

29、電流達到時,對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)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(diào)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。</p><p>　　圖9 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性</p><p>　　設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的是獲得接近于理想

30、的起動過程，雙閉環(huán)調(diào)速系突加給定電壓由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的過渡過程如圖10所示。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)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Ι、II、III</p><p>　　圖10雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)起動時轉(zhuǎn)速和電流波形</p><p>　　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(diào)節(jié)器的控制作用，使、、上升，當后，電動

31、機開始轉(zhuǎn)動。由于電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長不會很快，因而轉(zhuǎn)速調(diào)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(diào)節(jié)器的作用使不在迅速增長，標志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR由不飽和很快達到飽和，而ACR一般應(yīng)該不飽和以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。</p><p>　　第II階段是恒流升速階段。從電流升到開始，到轉(zhuǎn)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

32、主要階段。在這個階段中，ASR一直是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于是開環(huán)。系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定作用下的電流調(diào)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(diào)，取決于電流調(diào)節(jié)環(huán)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)），因而拖動系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)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(diào)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(diào)節(jié)器ACR是PI調(diào)節(jié)器，要使它的輸出量按線性增

33、長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，應(yīng)略低于。此外還應(yīng)指出，為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動過程中電流調(diào)節(jié)器是不飽和的。</p><p>　　第III階段以后是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在這階段開始時，轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓相平衡，輸入偏差為零，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(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后，ASR輸入端出現(xiàn)負的偏差電壓，使它退出飽和狀

34、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(zhuǎn)速將繼續(xù)上升。到時，轉(zhuǎn)矩,則，轉(zhuǎn)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(yīng)，電流也出現(xiàn)一段小于的過程，直到穩(wěn)定。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR與ACR都不飽和，同時起調(diào)節(jié)作用。由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在外環(huán)，ASR處于主導(dǎo)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

35、系統(tǒng).</p><p>　　由上述可知，雙閉環(huán)調(diào)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(zhuǎn)速環(huán)相當于開路，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)，從而可基本上實現(xiàn)理想過程。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)一定有超調(diào)，只有在超調(diào)后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器才能退出飽和，使在穩(wěn)定運行時ASR發(fā)揮調(diào)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(diào)速。故雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)品質(zhì)。</p><p><

36、;b>　　3.3.2動態(tài)性能</b></p><p><b>　?。ㄒ唬﹦討B(tài)跟隨性能</b></p><p>　　如上所述，雙閉環(huán)調(diào)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(shè)計調(diào)節(jié)器時應(yīng)該強調(diào)有良好的跟隨性能。</p>

37、;<p><b>　?。ǘ﹦討B(tài)抗擾性能</b></p><p><b>　　1．抗負載擾動</b></p><p>　　負載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)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(shè)計ASR時，要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標。對于ACR的設(shè)計來說，只要

38、電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。</p><p>　　2.電網(wǎng)電壓擾動和負載擾動</p><p>　　在系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)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(diào)量n的前面。它的變化經(jīng)積分后就可被轉(zhuǎn)速檢測出來，從而在調(diào)節(jié)器ASR上得到反映。電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)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(zhuǎn)速上來，等到

39、轉(zhuǎn)速反饋產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，已經(jīng)太晚。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，這個問題便大有好轉(zhuǎn)。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(diào)節(jié)，不必等到影響到轉(zhuǎn)速后，才在系統(tǒng)中起作用。因此，在雙閉環(huán)調(diào)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。</p><p>　　3.3.3 兩個調(diào)節(jié)器的作用</p><p>　　1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用<

40、/p><p>　?。?）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。</p><p>　?。?）對負載變化起抗擾作用。</p><p>　?。?）其輸出限幅值決定允許的最大電流。</p><p>　　2.電流調(diào)節(jié)器的作用</p><p>　?。?）對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。</p><p>　?。?）

41、起動時保證獲得允許的最大電流。</p><p>　　（3）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化。</p><p>　?。?）當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，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(fù)正常。</p><p><b>　　3.4 調(diào)速器設(shè)計</b></p><p>　　我們現(xiàn)

42、在采用一般系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法具體設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器。由工程設(shè)計法可知，設(shè)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(shè)計好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p>　　H型雙極式PWM變換器供電的直流調(diào)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

43、樞電阻Ra=1，額定轉(zhuǎn)速 =1450r/min。</p><p>　　系統(tǒng)主電路參數(shù)：Tm=0.07s，Tl=0.005s </p><p>　　PWM變流裝置參數(shù)：電阻=0.5，=44</p><p>　　設(shè)電流過載倍數(shù)λ=1.5，PWM變流裝置的開關(guān)頻率為4KHz</p><p>　　則根據(jù)電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖圖11進行電流調(diào)速器參數(shù)設(shè)計如下&l

44、t;/p><p>　　圖11 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　脈寬調(diào)制器和PWM變換器的放大系數(shù)為 </p><p>　　于是可得脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　（2）電流濾波時間常數(shù) 取0.0005s</p><p>　?。?）電流環(huán)小時間常數(shù) </p><p&g

45、t;　　根據(jù)設(shè)計要求，，而且</p><p>　　因此可以按典型I型系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為 </p><p><b>　　要求時，應(yīng)取，因此</b></p><p><b>　　又 </b></p><p><b>　　于

46、是</b></p><p><b>　?。?）要求，現(xiàn)。</b></p><p><b>　　（2）要求，現(xiàn)。</b></p><p><b>　?。?）要求，</b></p><p><b>　　現(xiàn)。</b></p><p

47、><b>　　可見均滿足要求。</b></p><p><b>　　取=40k，則</b></p><p><b>　　，取</b></p><p>　　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(shè)計要求。</p><p>　　（1）電流環(huán)等效時間常數(shù)為</p

48、><p>　　（2）取轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　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(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)，ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 </p><p><b>　　取h=5，則</b></p><p>&

49、lt;b>　　則 </b></p><p><b>　?。?）要求，現(xiàn)有。</b></p><p><b>　?。?）要求，</b></p><p><b>　　現(xiàn)有</b></p><p><b>　　可見均能滿足要求。</b>&l

50、t;/p><p><b>　　取，則</b></p><p><b>　　，取600</b></p><p><b>　　，取0.055</b></p><p>　　當h=5時，，而，因此</p><p>　　可見轉(zhuǎn)速超調(diào)量滿足要求。</p>

51、<p>　　空載起動到額定轉(zhuǎn)速的過渡過程時間</p><p>　　可見能滿足設(shè)計要求。</p><p><b>　　電氣原理圖如下</b></p><p><b>　　4 MATLB仿真</b></p><p>　　4.1 PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真</p><p>

52、;　　仿真的動態(tài)模型已經(jīng)在3.2.2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(見附頁）</p><p>　　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

53、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(zhuǎn)速波形。</p><p><b>　　4.2 仿真結(jié)果</b></p><p>　　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：</p><p>　　可以看出滿載啟動時電流超調(diào)量和轉(zhuǎn)速超調(diào)量都滿足

54、要求</p><p>　　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</p><p>　　可以看出空載啟動時電流超調(diào)量和轉(zhuǎn)速超調(diào)量都滿足要求。</p><p>　　空載啟動穩(wěn)定之后，突加額定負載，可以看到系統(tǒng)只經(jīng)過了0.1s的暫態(tài)時間便達到新的穩(wěn)態(tài)，電流和轉(zhuǎn)速都沒有靜差。</p><p>　　暫

55、態(tài)速降，滿足要求。</p><p><b>　　5小結(jié)</b></p><p>　　通過這次設(shè)計，我基本上掌握了直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng). 對于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動態(tài)特性分析；設(shè)計ASR、ACR（速度、電流調(diào)節(jié)器）以滿足系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)指標，包括其結(jié)構(gòu)的選擇和參數(shù)的計算；直流電動機數(shù)學(xué)模型的建立，參數(shù)的計算；</p><p>　

56、　了解了PWM脈寬調(diào)制系統(tǒng)的基本原理，組成，并分析了橋式可逆PWM的工作狀態(tài)及電壓、電流的波形. 同時我對于MATLAB以及Simulink的一些使用方法和操作步驟有了更深的認知;總之，在設(shè)計過程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過的新知識，而且學(xué)會了獨立的去發(fā)現(xiàn)，面對，分析，解決新問題的能力</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳伯時.

57、電力拖動自動控制系統(tǒng).機械工業(yè)出版社，2009.8</p><p>　　[3]李發(fā)海，王巖.電機與拖動基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社,2005.8</p><p>　　[2]王萬良.自動控制原理.高等教育出版社 2009</p><p>　　[4]王兆安,劉進軍.電力電子技術(shù).機械工業(yè)出版社，2009.5</p><p>　　[6]周淵深.交直流調(diào)速系