雙極式控制直流pwm-m調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真

雙極式控制直流pwm-m調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真

0染色體脈沖調(diào)寬型開關(guān)放大器在能源勤勉系統(tǒng)中，設(shè)置電壓的直接轉(zhuǎn)速是采用最廣泛的速度法。由于mosfi等綜合控制裝置組成的帶體脈沖寬開關(guān)放大器，它們逐漸開發(fā)成熟，并越來越流行。本文主要研究了直流電機(jī)雙極式控制直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理和控制方法,以及其在Matlab/Simulink中建模與仿真。1h型主電路在nb和simulik下的建模和模擬1.1系統(tǒng)的工作原理直流PWM-M調(diào)速系統(tǒng)的主電路組成如圖1所示,主電路由4個(gè)電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管VT1~VT4和四個(gè)續(xù)流二極管VD1~VD4成H型連接組成。當(dāng)VT1和VT4導(dǎo)通時(shí),有正向電流通過電動(dòng)機(jī)M,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)VT2和VT3導(dǎo)通時(shí),有反向電流通過電動(dòng)機(jī)M,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。VT1~VT4驅(qū)動(dòng)信號(hào)的調(diào)制原理如圖2所示,在三角波與控制信號(hào)Uct相交時(shí),分別產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ub1、Ub4和Ub2、Ub3。圖1直流PWM-M調(diào)速系統(tǒng)主電路圖2直流PWM調(diào)制波形圖1.2驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路圖1直流PWM-M系統(tǒng)主電路在Matlab/Simulink中的仿真模型如圖3所示。圖3中H型變流器調(diào)用多功能橋,其參數(shù)設(shè)為2相橋臂,abc在交流輸出端,開關(guān)器件為電力MOSFET。當(dāng)多功能橋模塊參數(shù)設(shè)abc在交流輸出端時(shí),原本是用于逆變,現(xiàn)在用于直流PWM變流時(shí),其驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路需另外設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路如圖4所示,圖中輸入端In1接脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào),輸出端Out1輸出4路MOSFET的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。脈寬調(diào)制由兩個(gè)PWM發(fā)生器模塊進(jìn)行,其中上方的PWM發(fā)生器產(chǎn)生VT1和VT2的驅(qū)動(dòng)信號(hào),下方的PWM發(fā)生器產(chǎn)生VT3和VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào),為了使PWM發(fā)生器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)順序與多功能橋的驅(qū)動(dòng)順序一致,模型中加入一個(gè)選擇器模塊,調(diào)整了脈沖序列。因?yàn)镸OSFET有導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間,為了避免上下橋臂的兩個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷,造成橋臂的直通現(xiàn)象,需要有“死時(shí)”限制,這里采取的辦法是將下方的PWM發(fā)生器輸入的控制信號(hào)為設(shè)為Uct+0.001,即將Uct略為抬高,使下方的PWM發(fā)生器信號(hào)變窄一些,這樣上下兩個(gè)管子就不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。該P(yáng)WM驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路經(jīng)過打包后即成圖3中的PWM分支電路模塊。在主電路模塊中控制信號(hào)通過互動(dòng)開關(guān)與PWM分支電路模塊連接,因此雙擊互動(dòng)開關(guān)模塊就可以選擇控制信號(hào)Uct和-Uct,控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。1.3額定負(fù)載仿真圖3中伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置為:UN=110V,IN=2.9A,nN=2400r/min,電樞電阻Ra的值為3.4Ω,電樞電感La的值為60.4mH,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.014kg·m2,勵(lì)磁電壓110V,勵(lì)磁電流0.5A。仿真該系統(tǒng)在額定負(fù)載時(shí)的工作情況。另外可根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算得電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電阻Rf=220Ω,Laf=0.797H,Lf=0,將電動(dòng)機(jī)參數(shù)輸入電動(dòng)機(jī)模型對(duì)話框,并通過計(jì)算公式(1)和(2)可以得到轉(zhuǎn)矩常數(shù)Ce和額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL:另外,在直流PWM模型中控制信號(hào)ua的取值方位為0~1,ua也就是雙極性PWM的調(diào)制度,當(dāng)取ua=0.8時(shí),PWM變流器的直流電源電壓。1.4變流器輸出電壓在Matlab/Simulink中搭建好模型后并進(jìn)行仿真可得到如圖5所示的直流電機(jī)PWM-M調(diào)速系統(tǒng)的仿真波形。從波形中可以看出變流器輸出電壓呈良好的矩形波,如果不設(shè)一定的“死時(shí)”,由于上下橋臂管子的換流重疊現(xiàn)象,使輸出電壓呈梯形。圖5中的Ud1為輸出電壓的平均值,輸出電壓略高于110V。圖5中n為伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速響應(yīng),轉(zhuǎn)速上升平穩(wěn),這是PWM調(diào)制的特點(diǎn),圖5中ia為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的電流曲線,起動(dòng)電流最大值為30A,約為穩(wěn)定電流的10倍。2采用雙極性控制體系對(duì)氨基斜流方程的建模和模擬2.1雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了實(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:轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR,二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接,如圖6所示。即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入,再用電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出去控制PWM調(diào)制器。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看,電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面,叫做內(nèi)環(huán);轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外面,叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能,雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。圖6直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真模型2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器acr雙極式控制直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖6所示,模型在直流PWM-M系統(tǒng)主電路模型基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR,分別如圖7和圖8所示。ASR和ACR都采用帶輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器參數(shù)取值見表1,模型的其他設(shè)置與H型主電路仿真相同,仿真算法采用ode23tb。2.3電機(jī)的正轉(zhuǎn)限制雙極式控制直流PWM可逆系統(tǒng)的仿真結(jié)果如圖9及圖10所示。圖9為系統(tǒng)從正轉(zhuǎn)起動(dòng)至反轉(zhuǎn)運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)速對(duì)給定Un*的仿真波形。在仿真中取電流的過載倍數(shù)=3,因此電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)起動(dòng)和制動(dòng)時(shí),反轉(zhuǎn)起動(dòng)過程中始終保持者最大電流12A左右。在正反轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值2400r/min后,電流下降到4A左右。圖10為電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出信號(hào)Uct的仿真波形,Uct的波動(dòng)反映了電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用,Uct的變化使變流器的脈寬隨之調(diào)整,輸出電壓值也隨著變化,使電流保持不變。3