双闭环直流脉宽调速系统建模与仿真设计kk.docx

PWM直流调速系统的建模与仿真设计PWM双闭环直流脉宽调速系统建模与仿真设计一、设计内容1.1设计目的1.掌握转速，电流双闭环控制的PWM直流调速原理。2.掌握并熟练运用MATLAB对系统进行仿真。调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,允许过载倍数λ=1.5;电枢回路总电阻:R=0.5Ω,电枢回路总电感:L=15mH,电动机轴上的总飞轮力矩:GD2=22.5N·m2,晶闸管装置:放大系数Ks=40,电流反馈系数:β=0.05V/A,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r,滤波时间常数:Toi=0.002s,Ton=0.01s1.3设计要求(1)稳态指标:转速无静差;(2)动态指标:电流超调量σi≤5%,空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10%二、设计思路2.1PWM调速原理可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图所示，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。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<T时，驱动电压反号，id沿回路2经二极管续流，。因此，在一个周期内具有正负相间的脉冲波形，这是双极式名称的由来。2.2PWM发生器的建模直流脉宽调速系统仿真的关键是PWM发生器的建模。从双闭环调速系统的动态结构框图可知，电流调节器ACR输出最大限幅时，H桥的占空比为1。对于PWM发生器，采用两个DiscretePWMGenerator模块。由于此模块中自带三角波，其幅值为1，且输入信号应在-1与1之间，将输入信号同三角波信号相比较，当比较结果大于0时，占空比大于50%，PWM波表现为上宽下窄，电机正转；当比较结果小于0而大于-1时，占空比小于50%，PWM波表现为上窄下宽，电机反转。DiscretePWMGenerator模块的参数设置为：调制波为外设，载波频率根据电力电子开关频率确定。其次，由于电机运转时，H桥应与对角两管触发信号一致，为此采用Selector模块（路径为：Simulink/SignalRouting/Selector），其参数设置为：InputType为Vector，Elements为[1243]，使得PWM发生器信号同H桥对角两管触发信号相对应。PWM发生器模型及封装后子系统如下图所示。PWM发生器模型及封装后子系统由于ACR输出的数值在-10~10之间，为使ACR输出的数值同PWM发生器输入信号相对应，在ASR输出端加了一个Gain模块，参数为0.1。这样，当ASR输出限幅10时，PWM输入端为1，占空比为1；当ASR输出限幅为-10时，PWM输入端为-1，占空比为0。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，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电流环的设计确定时间常数整流装置滞后时间常数：QUOTE电流滤波时间常数：QUOTE电流环小时间常数按小时间常数近似处理取QUOTE选择电流调节器结构和参数根据设计要求QUOTE，电流环设计为典I系统，选择PI调节器，其传递函数为:检查对电源电压的抗扰性能：QUOTE校验近似条件晶闸管装置传递函数近似条件：QUOTE，满足近似条件。忽略反电动势对电流环影响的条件：QUOTE，满足近似条件。小时间常数近似处理条件：。QUOTE。满足近似条件。放大系数=2.27。经过参数调整以后QUOTE取3.76按照上述参数，QUOTE满足设计要求2.3.3转速环的设计1.电流环等效时间常数QUOTE,则转速滤波时间常数QUOTE转速小时间常数按小时间常数近似处理，所以取2．选择转速调节器的结构和参数根据设计要求，应按照典II系统设计转速环节，故ASR选择PI调节器，传递函数为：转速调节器参数：按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为QUOTE转速环开环增益QUOTE所以，ASR的比例系数为QUOTE3．校验转速超调量：当h=5时，QUOTE于是，综合上式，可求的QUOTE满足设计要求。电流环电气设计图转速环电气设计图三、Matlab仿真设计3.1PWM双闭环调速系统仿真框图双闭环直流调速系统仿真框图仿真结果ACR输出波形ACR输出波形如图所示3.2.2ASR