受限单极式直流PWMM可逆调速系统仿真.docx

湖北理工学院

《计算机仿真技术》考试答卷

设计名称：直流PWM-M可逆调速系统
专业：电气工程及其自动化
班级：
学号：
学生姓名：

湖北理工学院电气学院

受限单极式直流PWM-M可逆调速系统仿真

1H主电路的仿真
直流PWM-M调速系统的主电路组成如图1所示，主电路由4个电力场效应晶体管VT1~4和四个续流二极管VD1~4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。VT1~4的驱动信号的调制原理如图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直流PWM-M系统主电路

图1直流PWM-M系统主电路

图2直流PWM调制

图1直流PWM-M系统主电路的仿真模型如图3所示。图中H型变流器调用了多功能桥（UniversalBridge），其参数设为两相桥臂，AB在交流输出端，开关器件为MOSFET（见图4）。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5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（PWMGenerator）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3直流PWM-M系统仿真模型

图4多功能桥参数对话框

图5双极式PWM驱动信号发生电路

在主电路模型中控制信号Uct通过互开关与PWM分支模块连接，因此双击互动开关模块就可以选择控制信号Uct和-Uct,控制电动机的正转或反转。

2受限单极式直流PWM可逆调速系统的仿真
受限单极式直流PWM可逆调速系统的仿真模型如图6所示，模型在直流PWM-M系统主电路模型的基础上增加了转速调节器ASR和电流调节器ACR，ASR和ACR都采用带输出限幅的PI调节器（图7）。模型参数设置如表1:

图6受限单极式直流PWM-M可逆调速系统模型

图7转速调节器ASR和电流调节器ACR

表1直流PWM可逆调速系统调节器参数

参数转速调节器ASR电流调节器ACR放大倍数23.535.6积分时间常数0.520.003调节器输出限幅0.98转速反馈系数Alpha=0.0047电流反馈系数Beta=0.83
受限单极式控制在正转时VT1起PWM控制，VT4始终处于到通过状态，而VT2和VT3关断，在反转时VT2作PWM控制，VT3始终处于到通过状态，而VT1和VT4关断。因此在正反转中，H桥的4个开关管中只有一个管子（VT1或VT2）处于PWM开关状态，其他三个管子状态不变（恒通或恒关），这样不仅避免了H桥上下桥臂开关管的直通可能，也减少了管子的损耗，所以受限单极式是直流PWM-M调速系统的常用方案。
受限单极式直流PWM-M可逆调速的仿真模型的控制器PWM结构如图8所示，控制端有两个输入端，其中In1来自电流调节器，另一个输入端In2连接转速给定，两个比较器CompareToZero用于判断转速给定的方向，当转速给定的信号满足比较条件时，CompareToZero输出为“1”，该“1”，信号控制触发器（EnableSymtem1或EnableSymtem2），使PWGenerator输出的脉冲可以通过，发别出发开关器件VT1和VT2。并且在转速给定为正时，比较器CompareToZero输出为“1”,是VT4导通，在转速给为负时，比较器CompareToZero输出为“0”，VT4处于关断状态；比较器CompareToZero1的作用与此相同，用于控制VT3的通断。模型的参数设置如下，仿真算法用ode45。

图8受限单极式PWM结构

图9为电动机从正转到反转（1.7s时人为把开关从+10打到—10）的过程中H桥4个开关器件的电流波形，ivt1中电流在时间1.7s前的正向