双极式控制直流PWMM可逆调速文档格式.docx

1、*2013年 11 月 2 日内蒙古科技大学课程设计任务书课程名称控制系统仿真设计题目H型主电路和双极式控制直流PWM-M可逆调速系统仿真指导教师李琦时间2013年10月28日至11月1日一、教学要求1、理解H型主电路和直流PWM-M可逆调速系统的基本工作原理；2、通过对直流PWM-M可逆调速系统的建模，掌握使用Matlab/Simulink软件及Power System工具箱对直流调速系统的建模与仿真方法；3、掌握直流PWM-M直流调速系统系统的设计与仿真方法；4、掌握直流PWM-M直流可逆调速系统系统的设计与仿真方法；5、掌握直流PWM-M直流可逆调速系统正反转过程中，转速、电流、可逆过程

2、转矩-转速曲线的分析方法。二、设计资料及参数 设计资料详见电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真（洪乃刚主编）6.5.1、6.5.2节。 本设计涉及到的控制原理、电力拖动自动控制系统等内容参考相关专业课教学内容。设计参数：见电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真（洪乃刚主编）6.5.1、6.5.2节。三、设计要求及成果1、利用Simulink及Power System工具箱建立PWM-M直流调速系统系统模型；2、绘制并分析PWM-M直流调速系统系统中转速、电流、PWM输出电压瞬时值以及PWM输出电压平均值等曲线；3、利用Simulink及Power System工具箱建立双极式控制

3、PWM-M直流可逆调速系统系统模型；4、绘制并分析双极式控制PWM-M直流可逆调速系统系统正反转过程中，转速、电流、可逆过程转矩-转速曲线；5、撰写不少于3000字的设计报告。设计报告要求提交纸质文档，设计报告包括设计背景、设计原理、设计过程、结果分析等几个部分，要求给出设计模型图以及仿真结果图。相关Matlab/Simulink设计文件要求提交电子文档。四、进度安排收集和查阅资料（一天）Matlab/Simulink建模（两天）控制系统设计与优化（一天）编写技术设计书（一天）五、评分标准课程设计成绩评定依据包括以下几点：1）工作态度（占10%）；2）基本技能的掌握程度（占20%）；3）方案的

4、设计是否可行和优化（40%）；4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。分为优、良、中、合格、不合格五个等级。考核方式：设计期间教师现场检查；评阅设计报告。六、建议参考资料1、控制系统数字仿真与CAD，李国勇，电子工业出版社，2003年9月第1版2、电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真,洪乃刚，机械工业出版社，2006年5月第1版3、电力拖动自动控制系统，陈伯时，机械工业出版社，1991年，第2版4、自动控制原理上、下册，吴麒，清华大学出版社，1994. 5 第1版5 直流PWM_M可逆调速系统仿真结果 86 心得体会 10 7 参考文献 10 1.引言 直流PWM_M调速系统几年来

5、发展很快，直流PWM_M调速系统采用全控型电力电子器件，调制频率高，与晶闸管直流调速系统相比动态响应速度快，电动机转矩平稳脉动小，有很大的优越性，因此在小功率调速系统和伺服系统中的应用越来越广泛。直流PWM_M调速系统与晶闸管调速系统的不同主要在变流主电路上，采用了脉宽调制方式，至于转速和电流的控制盒晶闸管直流调速系统一样。 直流PWM_M调速系统的PWM变换器有可逆和不可逆两类，二可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种电路。这里主要研究H型主电路双极式的PWM_M调速系统和受限单极式PWM_M调速的仿真，并通过仿真分析直流PWM_M可逆调速系统的过程。2 原理分析2.1 H主电路原理

6、 ：直流PWM-M调速系统的主电路组成如图1.1所示，主电路由4个电力场效应晶体管VT14和四个续流二极管VD14成H型连接组成。当VT1和VT4导通时，有正向电流i1通过电动机M，电动机正转；当VT2和VT3导通时，有反向电流i2通过电动机M，电动机反转。VT14的驱动信号的调制原理如图1.2所示，在三角波与控制信号Uct相交时，分别产生驱动信号Ub1、Ub4和Ub2、Ub3。图 1.1直流PWM-M系统主电路2.2直流PWM_M系统仿真模型 图1直流PWM-M系统主电路的仿真模型如图2.1所示。图中H型变流器调用了多功能桥（Universal Bridge），其参数设为两相桥臂，AB在交流

7、输出端，开关器件为MOSFET（见图2.2）。多功能桥模块参数设ABC在交流输出端时本来就是用于逆变，现在用于直流PWM变流时，其驱动电路需另需设计。设计的双极式驱动控制电路如图2.3所示，图中输入端In1接脉宽调制信号Uct，输出端Out1输出4路MOSFET的驱动信号。脉宽调制由两个PWM发生器（PWM Generator）模块进行，其中上方的PWM发生器产生VT1和VT2的驱动信号，下方的PWM发生器产生VT3和VT4的驱动信号，为了使PWM发生器输出的驱动信号顺序与多功能桥的驱动顺序一致，模型中加入一个选择器模块（Selector），调整了秒冲序列。因为MOSFET有导通和关断时间，为

8、了避免上下桥臂的两个管子同时导通和关断，造成桥臂的直通现象，需要有“死时”限制，这里采取的办法是使下方的PWM发生器输入的控制信号为（Uct+0.001）,即将Uct略为抬高，使下方的PWM发生器信号变窄一些，这样上下两个管子就不会同时导通和关断。图2.1 直流PWM-M系统仿真模型图 2.2 多功能桥对话框2.3 转速调节器ASR模型：转速调节器采用带饱和和输出限幅值的PI调节器，仿真模型如图2.4所示。图2.4 带饱和和输出限幅值的ASR模块2.4 电流调节器ACR模型：转速调节器采用带饱和和输出限幅值的PI调节器，仿真模型如图2.5所示。图2.5 带饱和和输出限幅值的ACR模块3 调节器

9、的参数整定3.1 电机模型参数计算 本实验选取伺服电机参数为：110V,2.4A,2400r/min,电枢电阻Ra的值为3.4，电枢电感La的值为60.4mH，转动惯量0.014kg*m,励磁电压110V,励磁电流0.5A。 根据伺服电动机参数计算公式计算各参数：励磁电阻Rf=220, Lf=0 ,Laf=0.8025将参数输入电机模型。3.2 转速、电流调节器参数的设定 参数 转速调节器ASR 电流调节器ACR 放大倍数Kp 23.5 35.6 积分时间常数Ki 0.52 0.003 调节器输出限幅 100.98 转速反馈系数 0.00417 电流反馈系数 0.834 直流PWM_M可逆调速

10、系统仿真模型：如图4.1绘制仿真模型进行仿真。图4.1 直流PWM_M可逆调速系统仿真模型5 直流PWM_M可逆调速系统仿真结果 双极式控制直流PWM_M可逆系统的仿真模型如图5.1所示，从图中可以看出正反转过程中转速、电流、可逆过程转矩转速曲线。其中图5.1伺服电机转速变化曲线，图5.2 伺服电机励磁电流，图5.3 伺服电机电枢电流，图5.4 伺服电机转矩.图5.1伺服电机转速变化曲线图5.2 伺服电机励磁电流 图5.3 伺服电机电枢电流 图5.4 伺服电机转矩6 心得体会一周的控制系统仿真实训已经结束，此次实训让我感受到了Matlab的神奇与强大，通过此次实训也使我加深了对专业知识的了解，

11、尤其是PWM直流调速系统，使我领悟到自动化专业需要很强的耐心、足够的细心以及强大的理论知识为支撑。当实训开始我接到这个实验题目时，我没有足够的信心将其试验成功，因为很多知识是我不了解的，更别说结合新的工具来调试开发它。所幸的是老师为我们提供了一本参考书籍电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真（洪乃刚主编），当我拿到这本书时，可以说是既高兴又担心。因为通过这本书我对于此实验有了大体的轮廓，发现好多知识原本是在电力拖动课程里学到的，但是我对这些知识又做不到足够的精通。所以我翻开了以前的课本，重新学习实验所需内容。实训第一天是出现问题最多的一天，首先在绘制模型时，我发现好多模型我都很陌生，所以

12、在库里寻找会很慢，其次对于很多模型参数的设置没有设置正确，使得在仿真时会有错误提示，终于在我不断努力下将模型图绘制完毕，接下来的工作就是仿真了，当我怀着喜悦的心情点开测试按键时，从示波器上显示的图形完全是不靠谱的，于是我对照数据检查每个模型参数，我发现我输入的参数跟课本上给的是一样的，就这样我调节了很长一段时间还是没有进展，此时我把老师请来知道，老师细致的检查了我的每个模型，并且增加了很多测试示波器，通过很长一段时间的检查，老师最后确定了我的电机模型参数是错误的。于是我翻开课本查阅了相关参数求取公式，细致的求取了每个参数，最后发现课本上给的互感系数与求取的差距很大，于是我更改了互感系数，我从新仿真了一下，发现这次的数据是对的。通过这个问题使我深刻意识到，学自动化的要保证每个数据的选取是有依据的。此次实训加深了我对专业课的认识，同时通过此次实训也为我明年做好毕业设计提供了帮助，而且也是我领悟到独立面对问题、分析问题、解决问题的重要性。7 参考文献：电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真（洪乃刚主编）