PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 饒浩彬 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真 初始條件： 1技術(shù)數(shù)據(jù)： PWM變流裝置：Rrec=0.5，Ks=44。 負(fù)載電機(jī)額定數(shù)據(jù)：PN=8.5KW，UN=230V，IN=37A，nN=1450r/min，Ra=1.0，Ifn=1.14A， GD2=2.96N.m2 系統(tǒng)主電路：Tm=0.07s，Tl=0.005s 2技術(shù)指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量：i5%，起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的超調(diào)量：n8%，動(dòng)態(tài)速降n10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts1s要求完成的主要任務(wù): 1技術(shù)要求： (1)

2、 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)可逆運(yùn)行，具有較寬的調(diào)速范圍（D10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 (2) 系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù) 2設(shè)計(jì)內(nèi)容： (1) 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫 出系統(tǒng)組成的原理框圖 (2) 根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖, 分析轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用, (3) 通過對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì), 得到轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形，并由仿真波形通過MATLAB來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)。 (4) 繪制PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計(jì)算機(jī)繪圖） (5) 整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書時(shí)間

3、安排：課程設(shè)計(jì)時(shí)間為一周半，共分為三個(gè)階段：（1） 復(fù)習(xí)有關(guān)知識(shí)，查閱有關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)方案。約占總時(shí)間的20%（2） 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)要求，完成設(shè)計(jì)計(jì)算。約占總時(shí)間的40%（3） 完成設(shè)計(jì)和文檔整理。約占總時(shí)間的40%指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日摘要直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)整，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。自從全控型電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開關(guān)控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換器-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。本文在介紹雙閉環(huán)PWM直流調(diào)速系統(tǒng)原理基礎(chǔ)上，根據(jù)

4、系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)采用工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)，并運(yùn)用Matlab的Simulink面向系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真。關(guān)鍵詞：PWM調(diào)速系統(tǒng)、雙閉環(huán)、Simulink目錄1 設(shè)計(jì)方案11.1方案論證11.2調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的建立32 調(diào)速系統(tǒng)性能分析52.1靜態(tài)性能和啟動(dòng)過程52.2動(dòng)態(tài)性能72.3 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用83 調(diào)速器設(shè)計(jì)93.1 電流調(diào)速器的設(shè)計(jì)93.1.1確定時(shí)間常數(shù)93.1.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)103.1.3選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)103.1.4檢驗(yàn)近似條件113.1.5計(jì)算ACR的電阻和電容113.2轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)123.2

5、.1 確定時(shí)間常數(shù)123.2.2 ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)123.2.3 選擇ASR參數(shù)123.2.4 校驗(yàn)近似條件123.2.5 計(jì)算ASR電阻和電容133.2.6 檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量133.2.7 校驗(yàn)過渡過程時(shí)間134 MATLB仿真144.1 PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真144.2仿真結(jié)果145電氣圖156小結(jié)與心得體會(huì)16參考文獻(xiàn)17I武漢理工大學(xué)電力拖動(dòng)與自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)說明書PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真1 設(shè)計(jì)方案1.1方案論證要求采用直流PWM調(diào)制，所以開關(guān)器件必須是全控型的電力電子器件，全控型的器件有門極可關(guān)斷晶閘管GTO、全控電力晶體管GTR、MOSFET、IGBT等，因?yàn)镮GBT

6、具有較高的開關(guān)頻率，較高的功率承受能力，而且驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，所以選擇IGBT作為開關(guān)器件。題目要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)的可逆運(yùn)行，要求轉(zhuǎn)速反向，就需要改變PWM變換器輸出的電壓的正負(fù)極性，使得直流電機(jī)可以在四象限中運(yùn)行。可逆PWM變換器的主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H橋型）電路，如圖1所示，電機(jī)兩端電壓的極性隨著全控型電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)而改變?？赡鍼WM變換器的控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，在這里采用最常見的是雙極式控制的H橋型PWM變換器。圖1-1 橋式可逆PWM變換器電路雙極式PWM變換器的工作狀態(tài)要視正、負(fù)脈沖電壓的寬窄而定，如圖2所示。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，則電樞兩端的平均電壓為正

7、，在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，平均電壓為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。如果正、負(fù)脈沖寬度相等，=，平均電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。圖1-2雙極式PWM變換器電壓和電流波形雙極式可逆PWM變換器電樞平均端電壓為： 以=定義PWM電壓的占空比，則=的變化范圍為 1。當(dāng)為正值時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；為負(fù)值時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；0時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。在0時(shí)雖然電機(jī)不動(dòng)，電樞兩端的瞬時(shí)電和瞬時(shí)電流都不是零，而是交變的。這個(gè)交變電流平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，陡然增大電機(jī)的損耗。但它的好處是使電機(jī)帶有高頻的微振，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用，消除正、反向的靜摩擦死區(qū)。調(diào)速性能指標(biāo)要求無(wú)靜差、電流超調(diào)量：i5%，起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的超

8、調(diào)量：n8%，動(dòng)態(tài)速降n10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts1s?？梢钥吹竭@樣的指標(biāo)要求較高，采用一般的單閉環(huán)調(diào)速方式不可能達(dá)到要求，所以這里采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制方式。轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是靜、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖3所示，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。兩者之間實(shí)行嵌套連接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱

9、作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖1-3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖其中：ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR-電流調(diào)節(jié)器 TG-測(cè)速發(fā)電機(jī) TA-電流互感器 UPE-電力電子變換器 -轉(zhuǎn)速給定電壓 Un-轉(zhuǎn)速反饋電壓 -電流給定電壓 -電流反饋電壓1.2調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的建立在圖1-3所示的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器一般采用PI調(diào)節(jié)器以消除靜態(tài)誤差。電力電子變換器由橋式可逆變換器電路組成的，而PWM變換器電路由PWM控制器發(fā)出驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)控制主電路上的全控器件實(shí)現(xiàn)的，如圖1-4所示。PWM控制器PWM變換器圖1-4 PWM控制器與變換器的框圖按照PWM

10、變換器工作原理和波形的分析，可以看出，當(dāng)控制電壓改變時(shí)，PWM變換器輸出平均電壓按照線性規(guī)律變換，但其相應(yīng)會(huì)有延遲，最大的時(shí)延是一個(gè)開關(guān)周期T。因此PWM控制器與變換器可以看成是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫成式中 PWM裝置的放大系數(shù)； PWM裝置的延長(zhǎng)時(shí)間，。當(dāng)開關(guān)頻率較大時(shí)，在一般的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，時(shí)間常數(shù)較小的滯后環(huán)節(jié)可以近視看成一個(gè)一階的慣性環(huán)節(jié)至于電流反饋環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)都可以看成是線性的一階慣性環(huán)節(jié)。那么根據(jù)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖3可以得到雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖1-5所示圖1-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2 調(diào)速系統(tǒng)性能分析2.1靜態(tài)性能

11、和啟動(dòng)過程雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要的調(diào)節(jié)作用，但負(fù)載電流達(dá)到時(shí),對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用,系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差,得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。然而，實(shí)際上運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無(wú)窮大，因此，靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差，見圖2-1。圖2-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的是獲得接近于理想的起動(dòng)過程，雙閉環(huán)調(diào)速系突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的過渡過程如圖2-2所示。由于在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽

12、和、退飽和三個(gè)階段，整個(gè)過渡過程也就分成三段，在圖中分別以、II、II圖2-2雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速和電流波形第I階段0是電流上升的階段。突加給定電壓后，通過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制作用，使、上升，當(dāng)后，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。由于電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)不會(huì)很快，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓數(shù)值較大，其輸出很快達(dá)到限幅值，強(qiáng)迫電流迅速上升。當(dāng)時(shí)，電流調(diào)節(jié)器的作用使不在迅速增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR由不飽和很快達(dá)到飽和，而ACR一般應(yīng)該不飽和以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。第II階段是恒流升速階段。從電流升到開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值（即靜特性上的）為止，屬于恒流升速階段，是起動(dòng)過程的主

13、要階段。在這個(gè)階段中，ASR一直是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于是開環(huán)。系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定（電流可能超也可能不超調(diào)，取決于電流調(diào)節(jié)環(huán)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)），因而拖動(dòng)系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線性增長(zhǎng)。對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說，這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服這個(gè)擾動(dòng)，和也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持恒定。由于電流調(diào)節(jié)器ACR是PI調(diào)節(jié)器，要使它的輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，應(yīng)略低于。此外還應(yīng)指出，為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過程中電流調(diào)節(jié)器是不飽和的。第III階段以后是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

14、階段。在這階段開始時(shí)，轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓相平衡，輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電機(jī)仍在最大電流下加速，必然會(huì)使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)的偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓即ACR的給定電壓立即從限幅值降下來(lái)，主電流也因而下降。但是，由于仍大于負(fù)載電流，在一段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速將繼續(xù)上升。到時(shí)，轉(zhuǎn)矩,則，轉(zhuǎn)速n到達(dá)峰值（t=時(shí)）。此后。電動(dòng)機(jī)才開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，電流也出現(xiàn)一段小于的過程，直到穩(wěn)定。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR與ACR都不飽和，同時(shí)起調(diào)節(jié)作用。由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在外環(huán)，ASR處于主導(dǎo)地位，而ACR的

15、作用則是力圖使盡快地跟隨ASR的輸出量，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng).由上述可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在啟動(dòng)過程的大部分時(shí)間內(nèi)，ASR處于飽和限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開路，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)，從而可基本上實(shí)現(xiàn)理想過程。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)一定有超調(diào)，只有在超調(diào)后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器才能退出飽和，使在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)ASR發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，從而使在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中表現(xiàn)為無(wú)靜差調(diào)速。故雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。2.2動(dòng)態(tài)性能(1)動(dòng)態(tài)跟隨性能如上所述，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過程中，能夠在電流受電機(jī)過載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性能。在減速過程中，由于主電路電流的不可逆性，跟

16、隨性能變差。對(duì)于電流內(nèi)環(huán)來(lái)說，在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)有良好的跟隨性能。 （2）動(dòng)態(tài)抗擾性能1抗負(fù)載擾動(dòng)負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來(lái)產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加（減）負(fù)載時(shí)，必然會(huì)引起動(dòng)態(tài)速降（升）。為了減少動(dòng)態(tài)速降（升），必須在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標(biāo)。對(duì)于ACR的設(shè)計(jì)來(lái)說，只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。2.電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對(duì)它的動(dòng)態(tài)抗擾效果也不一樣。負(fù)載擾動(dòng)作用在被調(diào)量n的前面。它的變化經(jīng)積分后就可被轉(zhuǎn)速檢測(cè)出來(lái)，從而在調(diào)節(jié)器ASR上得到反映。電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量更遠(yuǎn)，它的波形先要受到電磁慣性的阻撓

17、后影響到電樞電流，再經(jīng)過機(jī)電慣性的滯后才能反映到轉(zhuǎn)速上來(lái)，等到轉(zhuǎn)速反饋產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，已經(jīng)太晚。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，這個(gè)問題便大有好轉(zhuǎn)。由于電網(wǎng)電壓擾動(dòng)被包圍在電流環(huán)之內(nèi)，當(dāng)電壓波動(dòng)時(shí)，可以通過電流反饋得到及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等到影響到轉(zhuǎn)速后，才在系統(tǒng)中起作用。因此，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)速降會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)中小得多。2.3 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。2.電流調(diào)節(jié)器的作用（1）對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。（2）起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流。

18、（3）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化。（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全飽和作用。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常。3 調(diào)速器設(shè)計(jì)我們現(xiàn)在采用一般系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法具體設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。由工程設(shè)計(jì)法可知，設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)逐步向外擴(kuò)展。在這里，先從電流環(huán)入手，首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。3.1 電流調(diào)速器的設(shè)計(jì)H型雙極式PWM變換器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)以及給出：額定功率=8.5KW，額定電壓=230V，額定電流=37A，

19、電樞電阻Ra=1，額定轉(zhuǎn)速n=1450r/min。系統(tǒng)主電路參數(shù)：Tm=0.07s，Tl=0.005s PWM變流裝置參數(shù)：電阻=0.5，=44設(shè)電流過載倍數(shù)=1.5，PWM變流裝置的開關(guān)頻率為4KHz3.1.1確定時(shí)間常數(shù)（1）脈寬調(diào)制器和PWM變換器的滯后時(shí)間常數(shù)與傳遞函數(shù)的計(jì)算由PWM開關(guān)頻率得到開關(guān)周期脈寬調(diào)制器和PWM變換器的放大系數(shù)為 于是可得脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)為（2）電流濾波時(shí)間常數(shù) 取0.0005s（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) 3.1.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，而且因此可以按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為 3.1.3選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)要求時(shí)

20、，應(yīng)取，因此又 于是3.1.4檢驗(yàn)近似條件（1）電流環(huán)截止頻率： （2）校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 。滿足近似條件。（3）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件： 。滿足近似條件。（4）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 。滿足近似條件。3.1.5計(jì)算ACR的電阻和電容取，則 ，取 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為，故滿足設(shè)計(jì)要求。3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.2.1 確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為（2）取轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)（3）3.2.2 ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差及其他動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求，按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)，ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 3.2.3 選擇

21、ASR參數(shù)取h=5，則則3.2.4 校驗(yàn)近似條件（1）轉(zhuǎn)速截止頻率：故 （2）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件：,滿足簡(jiǎn)化條件。 （3）校驗(yàn)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：,滿足近似條件。 3.2.5 計(jì)算ASR電阻和電容取，則 ，取 ，取 ,3.2.6 檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng)h=5時(shí)，而，因此可見轉(zhuǎn)速超調(diào)量滿足要求。3.2.7 校驗(yàn)過渡過程時(shí)間空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的過渡過程時(shí)間,滿足設(shè)計(jì)要求。4 MATLB仿真4.1 PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真在Simulink中建立的模型如圖4-1圖4-1 PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真圖4.2仿真結(jié)果仿真波形如圖4-2所示圖4-2額定負(fù)載的仿真波形5電氣圖6小結(jié)與心得體會(huì)通過這次設(shè)計(jì)，我基本上掌握了直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。了解了經(jīng)典直流調(diào)速的精髓的同時(shí)，進(jìn)一步了解了交流調(diào)速系統(tǒng)所蘊(yùn)涵的發(fā)展?jié)摿?，掌握了這一方面未來(lái)的發(fā)展動(dòng)態(tài)；對(duì)于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性分析；設(shè)計(jì)ASR、AC