双闭环可逆直流脉宽pwm调速系统设计

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1、电力拖动自动控制系统课程设计报告PWM控制双闭环可逆直流调速系统设计学院：信息工程学院学号：专业（方向）年级：学生姓名：扬州大学信息工程学院年月日目录1.课程设计任务书12．课程设计技术报告32.1方案确定32.1.1方案选定32.1.2桥式可逆PWM变换器工作原理32.1.3系统控制电路图62.1.4双闭环直流调速系统静态分析62.1.5双闭环直流调速系统稳态结构图72.2硬件结构92.2.1主电路92.2.2泵升压限制112.3主电路参数计算及元件选择122.3.1整流二极管选择122.3.2绝缘栅双极晶体管选择122.4调节器参数设计和选择132.4.1电流环的设计13

2、2.4.2转速环的设计162.4.3反馈单元182.5系统动态结构图192.6系统仿真3．心得体会204.参考资料1、课程设计任务书1.1、题目PWM控制双闭环可逆直流调速系统设计1.2、设计目的和意义（1）、通过对电力拖动控制系统的设计，了解电力电子、自动控制原理及电力拖动自动控制系统课程所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力，为今后从事技术工作打下必要的基础。（2）、运用《电力拖动控制系统》的理论知识设计出满足任务书要求的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。1.3、技术数据（1）、他励直流电动机的参数：电枢电阻Ra=1.64，电枢回路总电感L=10

3、.2mH，额定电流=6A，额定电压=110V。额定转速n=1000r/min，电流过载倍数λ=2。励磁电压110V，励磁电流0.4A。转动惯量0.0468kg.m2,磁场与电枢互感2.17。（2）、电枢回路总电阻R=2Ω,调速系统的最小负载电流=1A。（3）、主电源：可以选择单相交流220V供电；（4）、稳定指标，无静差。动态指标，（5）、空载起动到额定转速时转速超调量（6）、给定电压最大值为±10V。1.4、设计任务（1）总体方案的确定；（2）主电路原理及波形分析、元件选择、参数计算；（3）系统原理图、稳态结构图、动态结构图；（4）电流环、转速环的参数的设计；（5）根据电流

4、环、转速环的参数构建仿真模型；（6）进行MATLAB仿真；2、课程设计技术报告2.1、方案确定2.1.1方案选定直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：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，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。总体方案简化图如图1所示。ASRACRPWM¦βR1/Ce¦αUn*Ui*nId--图1双闭环调速系统的结构简化图用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本

5、较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。2.1.2桥式可逆PWM变换器的工作原理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，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。桥式可逆PWM变换器电路如图2所示。这是电动机M两端电压的极性随开关器件驱

6、动电压的极性变化而变化。图2桥式可逆PWM变换器电路双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压波形如图3所示。图3PWM变换器的驱动电压波形他们的关系是：。在一个开关周期内，当时，晶体管、饱和导通而、截止，这时。当时，、截止，但、不能立即导通，电枢电流经、续流，这时。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、电流波形如图2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，，则的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，，平均输出电压为零，则电动机停止。双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为如果定义占空比，电压系数

7、则在双极式可逆变换器中调速时，的可调范围为0～1相应的。当时，为正，电动机正转；当时，为负，电动机反转；当时，，电动机停止。但电动机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电动机停止时仍然有高频微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。双极式控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点：1）电流一定连续。2）可使电动机在四象限运行。3）电动机停止