pwm脉宽调制直流调速系统设计及matlab仿真验证

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1、武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书目录1.系统概述21.1设计目的21.2设计分析22.转速、电流双闭环式的双极式PWM直流调速系统32.1双极式PWM调速原理32.2双极式PWM调速系统的优缺点32.3转速、电流双闭环系统原理42.4双闭环调速系统的作用63.系统参数的确定73.1整流电路失控时间及滤波时间的确定73.2反馈系数的确定73.3电流调节器参数的确定83.4转速调节器参数的确定104.MATLAB仿真设计124.1空载至额定转速仿真验证124.2 稳定运行时磁场突然减半仿真分析135.小结176.参考文献1818武汉理工大学《运动控制系统》课程

2、设计说明书PWM脉宽调制直流调速系统设计及MATLAB仿真验证1.系统概述1.1设计目的1）掌握转速，电流双闭环控制的双极式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UPE。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*Un变化，稳态时可减小转速误差，

3、同时可以对负载变化起抗扰作用，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*iU（即外环调节器的输出量）变化，同时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。 18武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书2.转速、电流双闭环式的双极式PWM直流调速系统2.1双极式PWM调速原理可逆PWM变换器主电路有多种形

4、式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图2-1所示，电动机M两端电压的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改变。图2-1桥式可逆PWM变换电路双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压的关系是：。在一个开关周期内，当0t<时，，电枢电流id沿回路1流通；当t

5、控制系统》课程设计说明书（4）低速平稳性好，系统的调速范围大；（5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。2）双极式控制方式的不足之处是：在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。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2-2所示。图2-2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，

6、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。2.3.2双闭环调速系统稳态结构图18武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书双闭环调速系统稳态结构图如图2-3所示。图2-3双闭环调速系统稳态结构图分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征，一般使存在两种状况：饱和—输出达到限幅值，不饱和—输出未到达限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出的关系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI的作用使输入偏

7、差电压在稳态时总为零。实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和的两种情况。2.3.3双闭环调速系统动态结构图系统动态结构图如图2-4所示。图2-4系统动态结构图18武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书图中和分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数，为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电流显露出来。电机的启动过程中转速调节器经历了饱和、退饱和、不饱和三种状态。2.4双闭环调速系统的作用1.转速调节器的作用转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速很快地跟随给定电压变化,如果采用PI调节