[毕业设计精品] pwm直流脉宽调速系统建模与仿真

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1、《运动控制系统》课程设计说明书PWM直流脉宽调速系统建模与仿真主电路设计1.1设计任务描述要求设计PWM直流脉宽调速系统，可完成以下任务：(1)该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作；(2)系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）；(3)动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s；(4)系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续；(5)调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。1.2电路设计及分

2、析根据设计任务可知，要求系统在稳定的前提下实现无静差调速，并要求较好的动态性能，可选择PI控制的转速、电流双闭环直流调速系统，以完全达到系统需要。转速、电流双闭环直流调速系统框图如图1-1所示。0《运动控制系统》课程设计说明书图1-1转速、电流双闭环调速系统系统框图两个调节器的输出均带限幅作用的,转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子电换器的最大输出电压。双闭环直流调速系统原理框图如下图1-2所示：图1-2双闭环直流调速系统原理框图由此得到系统电气原理图见附图1。1.2.1电流调节器电流调节

3、器使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。1.2.2转速调节器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变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。它对负载变化起抗扰作用。其输出限幅值决定电机允许的最大电流。由于测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波。0《运动控制系统》课程设计说明书图1-2系统实际动态原理框图1.3

4、系统稳态分析P调节器的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器则不然，其输出量在动态过程中决定于于输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数转速反馈系数（1—1）电流反馈系数（1—2）1.4电流调节器的设计1.4.1电流环的简化在图1-2虚线框内的电流环中，饭电动势与电流反馈的作用相互交叉，这将给设计工作带来麻烦。实际中，对电流环来说，饭电动势是一个变化比较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即ΔE0.其中忽略反电动势对电流环的近似条件是（1—3

5、）式中——电流环开环频率特性的截止频率。如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改为，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图1—0《运动控制系统》课程设计说明书3b所示，从这里可以看出两个滤波时间常数取值相同的方便之处。最后，由于和一般都比小得多，可以当作小惯性群而近似看作是一个惯性环节，其时间常数为（1—4）则电流环结构框图最终简化成图1—3c所示。简化的近似条件为（1—5）(a)(b)(c)图1—3电流环的动态结构框图及其简化(a)忽略反电动势的动态影响(b)等效成单位负反馈(c)小惯性环节近似处理0《运动控制系统》课程设计说明

6、书1.4.2电流调节器的设计从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由图1—3c可以看出，采用Ｉ型系统就够了。再从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素。为此，电流环应跟随性能为主，即应选用典型Ｉ型系统。图1—3c表明，电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型Ｉ型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成（1—6）式中——电流调节器的比例系数；——电流调节器的超前时间常数。为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，

7、选择（1—7）则电流环的动态结构框图便成为图1—4所示的典型形式，其中（1—8）图1—4校正成典型Ｉ型系统的电流环动态结构框图上述结果是在一系列假定条件下得到的，现将用过的假定条件归纳如下，以便具体设计时校验。（1）电力电子变换器纯滞后的近似处理（1—9）0《运动控制系统》课程设计说明书（1）忽略反电动势变化对电流环的动态影响（1—10）（2）电流环小惯性群的近似处理（1—11）1.4.3电流调节器的参数计算由式1—5可以看出，电流调节器的参数是和，其中已选定，见式1—6，待定的只有，可根据所需要的动态性能指标选取。根据电流超调量，由表1—1，可选ξ和的

8、值。一般，取ξ=0.707，，则（1—12）表1—1典型Ｉ型系统动态跟随性能指标