PWM双闭环直流脉宽调速系统建模与仿真设计kkk

PWM直流调速系统建模与仿真设计

PWM 直 流 调 速 系 统 的 建 模 与 仿 真 设 计

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PWM直流调速系统建模与仿真设计

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。

1.2设计参数

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=0.2Ω,允许过载倍数λ= 1.5;电枢回路总电阻:R= 0.5Ω,电枢回路总电感:L= 15mH,电动机轴上的总飞轮力矩:GD2= 22.5N·m2,晶闸管装置:放大系数Ks=40,电流反馈系数:β=0.05V/A,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r,滤波时间常数:Toi=0.002s ,Ton=0.01s

1.3设计要求

(1)稳态指标:转速无静差;

(2)动态指标:电流超调量σi≤5%,空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10%

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UAB的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改

变。

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双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压的关系是：

Ug1?Ug4??Ug2??Ug3。在一个开关周期内，当

0?t

电流id沿回路1流通；当ton?t

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

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由于ACR 输出的数值在-10~10 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。

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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

，电流环设计为典I系统，选择PI调节器，其传递函数为:

2. 选择电流调节器结构和参数 根据设计要求

WACR?s??Ki?is?1?is

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：?ci?13Ts

，满足近似条件。

1) 忽略反电动势对电流环影响的条件：?ci，满足近似条件。

2) 小时间常数近似处理条件：?ci?131TsToi1TmTl?3

。

。满足近似条件。

放大系数Ki?=2.27。 经过参数调整以后取3.76

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