电气工程与自动化 外文翻译 外文文献 英文文献 直流串激电机速度控制的仿真和建模

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1、文章来源：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii直流串激电机速度控制的仿真和建模摘要：直流系列电机是机电一体化中需要高转矩/速度比应用的首选。本文介绍了一个基于微控制器和IGBT的开环直流电动机速度控制系统的设计和实施。这里使用的仿真工具，可以预测的机械和电子模块组成的系统的动态行为。本文提供的仿真结果与实验室测量结果惊人的相似。1.介绍直流电动机通常被需要高转矩/速度比牵引应用选中。例如轮椅，高尔夫球车，吊机，起重机，驱动器武器等。包括一个典型的应用：人类操作

2、员通过油门踏板或一根杠杆控制直流电动机。按照踏板或杠杆的位置，由电子系统调节电力送入电机的过程，习惯上被称为速度控制。这种控制既可以是在闭环或开环配置中。虽然闭环系统所需的精度高，但是有很多情况下，一个开环系统就足够了。本文关注的是后者的。一个典型的直流电机调速系统往往有由其内部模拟电路生成和处理内部的信号，而且它的功率驱动阶段有几个并联的MOSFET模块。通过更换或补充模拟与数字电路的功能，或者由单个IGBT替换Mosfet并联模块，改进的控制，从而导致更可靠，成本更低，更简单生产。因此，建议在基于IGB的开环数字速

3、度控制上发展。不过，本文的主要目的是加速提出这种方法的人如何在样机上进行速度控制的。电机原型通常是在试验和错误的过程中实现的，大部分时间，结果是非常昂贵和费时。这个缺点可以通过适当结合计算机模拟和实验室测试大大缓解。在连接电动马达和其调速系统以前可以用很简单的电机或电子控制模块做模型。2.建议设计为直流电动机的速度控制当前数字技术提供了直流电动机生成PWM开关信号的功能和处理保护信号的功能。一个处理器取代模拟模块和与之相关的几个分立器件。控制系统的物理尺寸和生产成本将因此而被降低,与此同时,其可靠性得以提高。图1.踏板

4、信号调理电路.要产生PWM开关信号,Vcond从图1电路输入控制器的第一个A/D转换器输入。vcond因此离散成256份的水平，他们每个作为一个微控制器E2PROM的地址。相应的存储单元包含脉冲的持续时间。因此，根据Vcond脉冲宽度在256份中不相等。这里正在实施的原型，采用离散的线性变化。然而这种线性特性，可以很容易地改变.其注入到电力驱动器门之前，PWM信号首先通过光电隔离器和经过一个缓冲的阶段（见图2）。在电力电子方面，一个完整的直流到直流H桥转换器有四个IGBT的器件，。然而，这里介绍的，是H桥一个分支的形式

5、（见图3）。这个分支被当作一个降压转换器。图2.栅极驱动器。图3.功率输出级.除了防止损失的踏板,其他保护功能在需要电压传感器以及电流和温度传感器的产品中实现。这些设备提供的模拟信号，然后送入微控制器。通过其附加的A/D转换器输入和监控微控制器的程序。3.使用模拟行为模块的直流串激电机建模3.1汽车方程DC系列电机的机电行为方程描述如下。电气平衡方程[2]和[8][1]其中Vs是串联两个串联绕组的电压，EA是感应电动势（EMF），Rt是总的串联电阻，Is是通过绕组电流，LT是总的串联电感。EA的磁通量φ和角speedω

6、的关系是[2]和[8][2]以下列方式，直流电机制定的电磁转矩取决于Is和φ，其中，Ka是电机常数[3]力矩平衡方程[2]和[8]：[4]其中TL是负载转矩，B是恒定粘性摩擦，J为电机的转子和轴惯性。磁通和绕组中的电流通过本机的磁化曲线表示与[2]和[5]有关:[5]函数f（IS）一般包括饱和度和滞后效应。3.2DC系列电机的模拟行为建模（1），（2），（3），（4）（5）提供了一个适合的直流串激电机的数学模型，图4为电机反导实施。图4.电机反导实施。图4中1模块是对应EQ的要素的系列分支。请注意，EMF项“EA”模块

7、2注入到这个分支单位增益电压控制电压源。也包括在这个分支是单位增益电流控制电压源，电流传感器。感应电流，需要磁通φ和电磁转矩TEM两者的计算。磁通量实际上是EA计算的中间变量。结合（5）和（2）。[6]电动机的磁化特性通常是提供了一个EA点——在一个固定值ω0=180.6RAD/角速度获得。此值通常对应于电机的额定铭牌速度。让表示Ea0在ω0这一特点。（6）根据不同的价值为ω[2]：[7]Mn除了到Ea0外。由于粘性摩擦Bω长期被忽视，[8]为这个方程收益：[8]很明显，从图3中的模块4实现这最后方程。结合（2）（3）

8、到（7）获得的电磁转矩为以下表达式[9]模块3，终于实现了这个最后方程上述电机模型来重现可用1马力系列直流电动机运行。首先，测量这种电机的参数LT，RT和J。然后，磁化特性Ea0VsIs集合成80点绘制在图5上，接下来，所有这些数据被应用图4模型。最后，进行各种实验，电机及其反导模型。这些实验设计，以便能够测量细化的参数。此外，A