2022年2022年雙閉環(huán)控制的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)

1、精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載雙閉環(huán)掌握的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)一任 務(wù) 書設(shè)計步驟：1 畫出系統(tǒng)的仿真模型2 主電路的建模與模型的參數(shù)設(shè)置3 掌握電路的建模與模型的參數(shù)設(shè)置4 系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置5 系統(tǒng)的仿真,仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析6 打印說明書（ b5）,并交軟盤（一組）一張留意事項：1 系統(tǒng)建模時,將其分成主電路和掌握電路兩部分分別進(jìn)行2 在進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時,晶閘管整流橋,平波電抗器,直流電動機(jī)等裝置的參數(shù)設(shè)計原就如下：假如針對某個詳細(xì)裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,就對話框中的有關(guān)參數(shù)應(yīng)取裝置的實際值；假如不針 對某個詳細(xì)裝置的一般情形,可先取這些裝置的參數(shù)默認(rèn)值進(jìn)行仿真；如仿真結(jié)果不抱負(fù), 就通過仿

2、真試驗,不斷進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,最終確定其參數(shù)；3 給定信號的變化范疇,調(diào)劑器的參數(shù)和反饋檢測環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)等可調(diào)參數(shù)的設(shè)置,其一般方法為通過仿真試驗,不斷進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化；4 仿真時間依據(jù)實際需要而定,以能夠仿真出完整的波形為前提；5 仿真算法的挑選：通過仿真實踐,從仿真能夠進(jìn)行,仿真的速度,仿真的精度等方面進(jìn)行比較挑選；1精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載二試驗設(shè)計方法及其步驟（一）概述直流電動機(jī)因其性能宜于在廣泛范疇內(nèi)平滑調(diào)速,其調(diào)速掌握系統(tǒng)歷來在工業(yè)掌握具有 及其重要的位置； 直流調(diào)速掌握系統(tǒng)中最典型的一種調(diào)速系統(tǒng)就為轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；自從全控型電力電子器件問世以來,就顯現(xiàn)了采

3、納脈沖寬度調(diào)制的高頻開關(guān)掌握方式,形成了脈寬調(diào)制變換器直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng),簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng),或直流pwm調(diào)速系統(tǒng)；直流 pwm調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù),進(jìn)展快速,應(yīng)用日益廣泛,特殊在中.小容量的系統(tǒng)中, 已取代 v-m系統(tǒng)成為主要的直流調(diào)速方式；pwm型系統(tǒng)在許多方面有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡潔,需要的功率器件少：開關(guān)頻率高,電流簡潔連續(xù),諧波少,電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小；低速性能好,穩(wěn)速精度高,調(diào)速范圍寬；動態(tài)性應(yīng)快,動態(tài)抗擾才能強(qiáng)等；因其眾多優(yōu)點,直流pwm調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛,特殊為在中小容量的高動態(tài)性能系統(tǒng)中,已經(jīng)完全取代了v-m系統(tǒng)；在當(dāng)今社會,仿真技術(shù)已經(jīng)成為分析,討論各種系統(tǒng)特

4、殊為復(fù)雜系統(tǒng)的重要工具,為了簡便工程設(shè)計和解決設(shè)計中可能顯現(xiàn)的問題,利用matlab 中 simulink有用工具對直流電動機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真和系統(tǒng)分析就成為我們今日連續(xù)探究的課題；（二）設(shè)計原理及步驟1. 設(shè)計原理圖及工作原理轉(zhuǎn)速.電流雙閉環(huán)掌握的直流調(diào)速系統(tǒng)為應(yīng)用最廣性能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)；為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用,可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)劑器,分別調(diào)劑轉(zhuǎn)速和電流,即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋；二者之間實行嵌套（或稱串級）聯(lián)接如下圖1 所示；圖（ 1）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖asr-轉(zhuǎn)速調(diào)劑器acr- 電流調(diào)劑器 tg- 測速發(fā)電機(jī) upe-電力電子變換器ta-

5、電流互感器2精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載圖中,把轉(zhuǎn)速調(diào)劑器的輸出當(dāng)作電流調(diào)劑器的輸入,再用電流調(diào)劑器的輸出去掌握電力電子變換器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,稱作外環(huán)；這就形成了轉(zhuǎn)速.電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；為了獲得良好的靜.動態(tài)性能,轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)劑器一般都采納pi 調(diào)劑器,這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖；圖中標(biāo)出了兩個調(diào)劑器輸入輸出電壓的實際極性,它們?yōu)橐罁?jù)電力電子變換器的掌握電壓uc 為正電壓的情形標(biāo)出的, 并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用；圖（ 2）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖圖中表出,兩個調(diào)劑器的輸出都為帶限幅作用的；轉(zhuǎn)速調(diào)

6、劑器asr的輸出限幅電壓u*im 打算了電流給定電壓的最大值； 電流調(diào)劑器 acr的輸出限幅電壓ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 udm；下圖為本次設(shè)計的試驗原理圖；3精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載+us_精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載asr-acruc轉(zhuǎn)向挑選pwm調(diào)制器過流愛護(hù)e1pwm變換器（h橋）e3taald=200mh vma+220v_精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載fbcagvfbstgrl；圖（ 3） 雙閉環(huán)掌握的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理框圖工作原理：給定值 ug與速度反饋量 ufn 疊加后經(jīng)速度調(diào)劑器的比例積分調(diào)劑作為電流環(huán)

7、的給定輸入,它與電流反饋量ufn 疊加后經(jīng)電流調(diào)劑器的比例積分調(diào)劑向脈寬調(diào)制器輸出掌握電 平 uc、 脈寬調(diào)制器產(chǎn)生一個頻率不變的矩形脈沖波,其脈沖寬度即占空比將隨uc 值的變化而變化,其占空比可調(diào)范疇為0<<1；此脈寬調(diào)制脈沖經(jīng)規(guī)律延時,功放,隔離等處理后,送 到開關(guān)器件的柵極； 外加直流電源 us 經(jīng) h全橋逆變電路輸出一個與占空比相對應(yīng)的調(diào)制電壓,經(jīng)平坡電抗器ld 驅(qū)動直流電動機(jī)m,發(fā)電機(jī) g就作為電動機(jī)的負(fù)載,由同軸上的測速發(fā)電機(jī)取得速度反饋信號；電流返回信號取自助電路的取樣電阻rs 兩端；2. 脈寬調(diào)制的原理圖及其生成原理4精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載p

8、wm變換器的作用為：用pwm調(diào)制的方法,把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率肯定.寬度可變的脈沖電壓系列,從而可以轉(zhuǎn)變平均輸出電壓的大小,以調(diào)劑電機(jī)轉(zhuǎn)速在圖（ 3）中,脈寬調(diào)制器用于產(chǎn)生一路脈寬調(diào)制脈沖波,它為由專用芯片tl494 產(chǎn)生的,其內(nèi)部原理圖如下圖（ 4）所示；精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載noinv inputinv inputcomp1+error2a_mp3vcc+16erroramp15-14noinv inputinv input精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載inputvref5.0v精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載deadtime4

9、controlct5rt6ground7ci8oscillatorq1ref131211q2109output controlvcc c2 e2e1精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載圖（ 4） tl494 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)脈寬調(diào)制變換器的作用為： 用脈沖寬度調(diào)制的方法, 把恒定的電流電源電壓調(diào)制成頻率肯定,寬度可變的脈沖電壓序列,從而可以轉(zhuǎn)變平均輸出電壓的大小,以調(diào)劑電機(jī)轉(zhuǎn)速；在本試驗中,把脈寬調(diào)制器接成如下圖（ 5）所示；圖（ 5）中只利用了 tl494 的一組輸出脈沖；只要掌握 tl494 的輸入端即“ 1”腳輸入電平,即可以在輸出端“ 8”腳相應(yīng)的得到占空比可調(diào)劑的脈寬調(diào)制脈沖,其

10、中脈寬調(diào)制脈沖的頻率為 5.7khz；5精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載141216精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載+v215-v2vrefvccc18精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載321inputvccomptl494-v1+v1e1 oc e2gndoutput精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載456精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載+5vgnd精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載圖（ 5） 脈寬調(diào)制波形發(fā)生器外圍接線圖3. 兩個調(diào)劑器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)劑器的作用：（1）轉(zhuǎn)速調(diào)劑器為調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)劑器,它使轉(zhuǎn)速 n

11、很快地跟隨給定電壓變化,穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差,假如采納 pi 調(diào)劑器,就可實現(xiàn)無靜差；（2）對負(fù)載變化起抗擾作用；（3）其輸出限幅值打算電機(jī)答應(yīng)的最大電流；電流調(diào)劑器的作用 : （1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)劑器,在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)劑過程中,它的作用為使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)劑器的輸出量）變化；（2）對電網(wǎng)電壓的波動起準(zhǔn)時抗擾的作用；（ 3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中,保證獲得電機(jī)答應(yīng)的最大電流,從而加快動態(tài)過程；4. h橋逆變電路結(jié)構(gòu)原理雙閉環(huán) h橋 dc/dc變換直流調(diào)速系統(tǒng)功能原理框圖如圖（6）所示；6精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載+dc+c

12、1vt1vd1vt3c3vd3精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載us=220vug1e1gl dam-ug3e3精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載vt2c2 ug2rse2-vd2t1tgvt4c4t2ug4e4vd4精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載g11 g2 2g33 g4 4u e u e u e u e精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載電路調(diào)劑器acr驅(qū)動電路精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載ug給定t1速度調(diào)t2節(jié)asrufnufipi 調(diào)劑器pi 調(diào)劑器pw產(chǎn)m 生電路 tl

13、494精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載圖（ 6）雙閉環(huán) h橋 dc/dc變換直流調(diào)速系統(tǒng)功能原理框圖本試驗系統(tǒng)的主電路采納單極性脈寬調(diào)制掌握方式,其中主電路由四個 igbt管構(gòu)成 h橋,g1g4 分別由脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路產(chǎn)生后經(jīng)過驅(qū)動電路放大,再送到igbt 相應(yīng)的柵極,用以掌握 igbt 管的通斷；單極性的掌握方式為這樣進(jìn)行掌握的,在圖（6）中,左邊兩個罐子的驅(qū)動脈沖 ug1=- ug2,使 vt1 和 vt2 交替導(dǎo)通,而右邊兩管vt3,vt4 因電動機(jī)的轉(zhuǎn)向而施加不同的直流掌握信號；在電動機(jī)正轉(zhuǎn)時,ug4恒為正, u g3恒為負(fù),使 vt4 常通, vt3 截止；在電動機(jī)反轉(zhuǎn)

14、時 , vt4 截止, vt3 導(dǎo)通；四個快復(fù)原 vd1vd4 用于逆變電路的續(xù)流；其中電流調(diào)劑器的電流反饋量為由主回路中的取樣電阻rs 進(jìn)行取樣的；速度反饋量取自發(fā)電機(jī)輸出的電壓值；本試驗系統(tǒng)可設(shè)定不同的給定量,速度反饋量及電流反饋量,以完成開環(huán),電流單閉環(huán),速度單閉環(huán)及雙閉環(huán)的調(diào)速試驗；由于給定量 ug 恒為正,因此速度反饋量必需為負(fù)值,在用到速度閉環(huán)為必需檢測測速發(fā)電機(jī)供應(yīng)的輸出電壓的極性,將正值端連接到面板的t1 端,負(fù)值端連接到面板的t2 端（面板上左邊的接線柱為t1 端,右邊的接線柱為t2 端）；當(dāng)面板上的轉(zhuǎn)向挑選開關(guān)轉(zhuǎn)變時,速度信 號與 t1,t2 端的連線也相應(yīng)轉(zhuǎn)變；（三）試驗

15、仿真1. 系統(tǒng)的仿真模型7精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載圖（ 7）雙閉環(huán) h 橋 dc/dc變換直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型8精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載2. 系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置（ 1）主電路的建模和參數(shù)設(shè)置1) 不行控二極管整流橋的建模與參數(shù)設(shè)置；二極管整流橋的建模與晶閘管整流橋相同,第一從圖（ 7）的電力電子模塊組中選取 “ universal bridge ”模塊, 并將模塊標(biāo)簽改為 “二極管整流橋”, 然后打開二極管整流橋參數(shù)設(shè)置對話框,將“ power electronic device ”挑選為“ diodes ”即可, 詳細(xì)參數(shù)設(shè)置如圖（ 8）所

16、示；2）濾波電容器的建模和參數(shù)設(shè)置；它與平波電抗器的建模相同；第一從 simulink的元件模塊組中選取“ seriesrlcbranch”模塊,并將模塊標(biāo)簽改為“濾波電容器”,然后打開濾波電容器參數(shù)設(shè)置對話框,參數(shù)設(shè)置如圖（9）所示；參數(shù)通過仿真試驗優(yōu)化而定；圖（ 8）二極管整流橋的參數(shù)設(shè)置圖（ 9）濾波電容器的參數(shù)設(shè)置9精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載3） 可控開關(guān)的建模和參數(shù)設(shè)置,在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路中串聯(lián)了一個可控開關(guān),這為一個由電力電子器件構(gòu)成的開關(guān)電路, 可控開關(guān)受前面脈寬調(diào)制信號發(fā)生器的掌握； 它的建模和參數(shù)設(shè)置與晶閘管整流橋相同,同樣從 simulink的電

17、力電子模塊組中選取“ universal bridge ”模塊并將模塊標(biāo)簽改為“可控開關(guān)” ,然后打開參數(shù)設(shè)置對話框,將“ powerelectronic device ”挑選為“ igbt/diodes ”即可；詳細(xì)參數(shù)設(shè)置如圖（ 10）所示；圖（ 10） 可控開關(guān)的參數(shù)設(shè)置圖（ 11）pwm信號發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置4）三相對稱溝通電壓源參數(shù)設(shè)置；雙擊a 相溝通電壓源圖標(biāo),打開電壓源參數(shù)設(shè)置對話框, 在 a 相溝通電源參數(shù)設(shè)置中,幅值取220v,初相位設(shè)置成0°,頻率為 50hz,其他為默認(rèn)值,如 圖（12）所示；b,c 相溝通電源參數(shù)設(shè)置方法與a 相基本相同, 除了將初相位設(shè)置成互差

18、120°外,其他參數(shù)與 a 相相同；由此可得到三相對稱溝通電源；10精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載圖12a相溝通電壓參數(shù)設(shè)置圖13 直流電動機(jī)參數(shù)設(shè)置（ 2）掌握電路的建模與參數(shù)設(shè)置直流電動機(jī)的建模和參數(shù)設(shè)置第一從直流電動機(jī)系統(tǒng)模塊組中選取“dc machine”模塊,并將模塊標(biāo)簽改為“直流電動機(jī)”；直流電動機(jī)的勵磁繞組“f+-f+”接直流電動機(jī)勵磁電源,勵磁電源可從電源模塊組中選取直流電壓源模塊,并將電壓參數(shù)設(shè)置為220v,電樞繞組“ a+-a- ”經(jīng)平波電抗器接晶閘管整流橋的輸出,電動機(jī)經(jīng) tl 端口接恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,直流電動機(jī)的輸出參數(shù)有轉(zhuǎn)速n.電樞電流 ia .勵

19、磁電流 if .電磁轉(zhuǎn)矩 te,通過“示波器”模塊觀看仿真輸出圖形；電動機(jī)的參數(shù)設(shè)置步驟如下,雙擊直流電動機(jī)圖標(biāo),打開直流電動機(jī)的參數(shù)設(shè)置對話框,直流電動機(jī)的參數(shù)設(shè)置如圖 13 所示；參數(shù)設(shè)置的原就與二極管整流橋相同；直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的掌握電路包括給定環(huán)節(jié),速度調(diào)劑器, 電流調(diào)劑器,限幅器,速度反饋環(huán)節(jié),脈寬調(diào)制信號發(fā)生器等； 其模塊的建模與參數(shù)設(shè)置都比較簡潔, 只要分別在模塊庫中找到相應(yīng)的模塊,并按要求設(shè)置好參數(shù)即可；以限幅器為例,限幅器參數(shù)設(shè)置如圖 14 所示；脈寬調(diào)制信號發(fā)生器要求的輸入范疇為 -11 之間的數(shù)（包括 -1 和 1）,輸出脈沖受輸入信號的掌握,脈沖最大輸出頻率設(shè)置為 10

20、0hz、如圖（ 11）所示；當(dāng)輸入為 1 時,輸出脈沖寬度最大,相當(dāng)于完全導(dǎo)通,當(dāng)其輸入為 -1 時,脈沖寬度最小,相當(dāng)于完全關(guān)斷；在從 -1 到 1 的增長過程中,11精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載脈沖寬度為線性增長的；由于脈寬調(diào)制信號發(fā)生器要求的輸入范疇為-1、1、而速度調(diào)劑器的輸出范疇為-200 到 200,為了能夠?qū)⑦@兩個相差很大的數(shù)匹配,在速度調(diào)劑器后加了一個限幅器,其限制范疇為0 到 200,限制器的后面接一個放大器,其放大倍數(shù)為-0.01 ,那么輸出的數(shù)就為 -2 到 0 了；后面在接一個加法器,加上 1,那么加法器輸出的數(shù)就為-1 ,實現(xiàn)上述功能的相關(guān)環(huán)節(jié)如圖（

21、15）所示；k+signals pulses+限幅器pw發(fā)m 生器1圖（ 15）脈寬調(diào)制信號發(fā)生器及其相關(guān)環(huán)節(jié)3. 系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置在 matlab的模型窗口打開“ simulation ”菜單,進(jìn)行“ simulation parameters ”設(shè)置,單擊 “simulation parameters ”菜單后,得到仿真參數(shù)設(shè)計對話框,參數(shù)設(shè)置如圖 16 所示, 仿真中所挑選的算法為 ode23s；仿真“ start time ”一般設(shè)為 0,“ stop time ”設(shè)為 2.5 ；圖16仿真參數(shù)設(shè)置對話框及參數(shù)設(shè)置圖14限幅器參數(shù)設(shè)置12精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載4

22、. 系統(tǒng)的仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后,即可開頭進(jìn)行仿真,其仿真結(jié)果如圖（18）由于這種脈寬掌握為在直流回路中直接使用可控開關(guān),所以電路中的諧波多, 仿真結(jié)果電流波形比較粗糙；但開頭時電流的波形比較平滑,這為由于開頭時給定轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速之間相差較大,這時的脈寬調(diào)制的輸入為1 或者接近 1,所以“可控開關(guān)”可能完全工作在導(dǎo)通狀態(tài),故開頭時的電流比較平滑；13精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載總結(jié)simulink供應(yīng)了使用系統(tǒng)模型框圖進(jìn)行組態(tài)的仿真平臺, 使用 simulink進(jìn)行仿真和分析可以像在紙上繪圖一樣簡潔；它比傳統(tǒng)的仿真軟件包更直觀.便利；它為 matlab的進(jìn)一步擴(kuò)展,它不但實現(xiàn)了可視化的動態(tài)仿真, 也實現(xiàn)了與 matla.bc 或者 fortra甚n 至和硬件之間的相互數(shù)據(jù)傳遞, 大大地擴(kuò)展了它的功能； simulink不但可以進(jìn)行仿真,也可以進(jìn)行模型分析.掌握系統(tǒng)設(shè)計等；ma