雙極式控制直流PWM-M可逆調(diào)速

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)論文 題題 目：目：雙極式控制直流雙極式控制直流 PWM_MPWM_M 可逆調(diào)速可逆調(diào)速 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：范懷福范懷福 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)：業(yè)：自動(dòng)化自動(dòng)化 班班 級(jí)：級(jí)：1010 級(jí)級(jí) 2 2 班班 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：李琦李琦 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)2013 年年 11 月月 2 日日內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程名稱(chēng)控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)題目H 型主電路和雙極式控制直流 PWM-M 可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真指導(dǎo)教師李琦時(shí)間2013 年 10 月 28 日至 11 月 1 日精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上

2、專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)一、教學(xué)要求1、理解 H 型主電路和直流 PWM-M 可逆調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理；2、通過(guò)對(duì)直流 PWM-M 可逆調(diào)速系統(tǒng)的建模，掌握使用 Matlab/Simulink 軟件及 Power System 工具箱對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真方法；3、掌握直流 PWM-M 直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真方法；4、掌握直流 PWM-M 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真方法；5、掌握直流 PWM-M 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速、電流、可逆過(guò)程轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線的分析方法。二、設(shè)計(jì)資料及參數(shù) 設(shè)計(jì)資料詳見(jiàn)電力電子與電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的 Matlab 仿真 （洪乃剛主編）6.5.1、6.5

3、.2節(jié)。 本設(shè)計(jì)涉及到的控制原理、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)等內(nèi)容參考相關(guān)專(zhuān)業(yè)課教學(xué)內(nèi)容。設(shè)計(jì)參數(shù)：見(jiàn)電力電子與電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的 Matlab 仿真 （洪乃剛主編）6.5.1、6.5.2節(jié)。 。三、設(shè)計(jì)要求及成果1、利用 Simulink 及 Power System 工具箱建立 PWM-M 直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)模型；2、繪制并分析 PWM-M 直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流、PWM 輸出電壓瞬時(shí)值以及 PWM 輸出電壓平均值等曲線；3、利用 Simulink 及 Power System 工具箱建立雙極式控制 PWM-M 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)模型；4、繪制并分析雙極式控制 PWM-M 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)

4、系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速、電流、可逆過(guò)程轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線；5、撰寫(xiě)不少于 3000 字的設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)報(bào)告要求提交紙質(zhì)文檔，設(shè)計(jì)報(bào)告包括設(shè)計(jì)背景、設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)過(guò)程、結(jié)果分析等幾個(gè)部分，要求給出設(shè)計(jì)模型圖以及仿真結(jié)果圖。相關(guān) Matlab/Simulink 設(shè)計(jì)文件要求提交電子文檔。四、進(jìn)度安排收集和查閱資料（一天）Matlab/Simulink 建模（兩天）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化（一天）編寫(xiě)技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)（一天）五、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)包括以下幾點(diǎn)：1）工作態(tài)度（占 10%） ；2）基本技能的掌握程度（占精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)20%） ；3）方案的設(shè)計(jì)是否可行和優(yōu)化(40%)

5、；4）課程設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)編寫(xiě)水平(占 30%)。分為優(yōu)、良、中、合格、不合格五個(gè)等級(jí)?？己朔绞剑涸O(shè)計(jì)期間教師現(xiàn)場(chǎng)檢查；評(píng)閱設(shè)計(jì)報(bào)告。六、建議參考資料1、 控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與 CAD ，李國(guó)勇，電子工業(yè)出版社，2003 年 9 月第 1 版2、 電力電子與電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的 Matlab 仿真,洪乃剛，機(jī)械工業(yè)出版社，2006 年 5 月第 1 版3、 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) ，陳伯時(shí)，機(jī)械工業(yè)出版社，1991 年，第 2 版4、 自動(dòng)控制原理上、下冊(cè)，吳麒，清華大學(xué)出版社，1994. 5 第 1 版精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)目錄目錄 5 5 直流直流 PWM_MPWM_M 可逆調(diào)

6、速系統(tǒng)仿真結(jié)果可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果 .86 6 心得體會(huì)心得體會(huì) .107 7 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .10精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)1.1.引言引言 直流 PWM_M 調(diào)速系統(tǒng)幾年來(lái)發(fā)展很快，直流 PWM_M 調(diào)速系統(tǒng)采用全控型電力電子器件，調(diào)制頻率高，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)相比動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)脈動(dòng)小，有很大的優(yōu)越性，因此在小功率調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。直流 PWM_M 調(diào)速系統(tǒng)與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的不同主要在變流主電路上，采用了脈寬調(diào)制方式，至于轉(zhuǎn)速和電流的控制盒晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)一樣。 直流 PWM_M 調(diào)速系統(tǒng)的 PWM 變換器有可逆和不可逆兩類(lèi)，二可

7、逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。這里主要研究 H 型主電路雙極式的 PWM_M 調(diào)速系統(tǒng)和受限單極式 PWM_M 調(diào)速的仿真，并通過(guò)仿真分析直流PWM_M 可逆調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)程。2 2 原理分析原理分析 2.1 H 主電路原理 ：直流 PWM-M 調(diào)速系統(tǒng)的主電路組成如圖 1.1 所示，主電路由 4 個(gè)電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 VT14 和四個(gè)續(xù)流二極管 VD14 成 H 型連接組成。當(dāng) VT1 和 VT4 導(dǎo)通時(shí)，有正向電流 i1 通過(guò)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 i2 通過(guò)電動(dòng)機(jī) M，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。VT14 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的調(diào)制原理如圖 1.2 所示，

8、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。 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 2.2.2 2 直流直流 PWM_MPWM_M 系統(tǒng)仿真模型系統(tǒng)仿真模型 圖 1 直流 PWM-M 系統(tǒng)主電路的仿真模型如圖 2.1 所示。圖中 H 型變流器調(diào)用了多功能橋（Universal Bridge） ，其參數(shù)設(shè)為兩相橋臂，AB 在交流輸出端，開(kāi)關(guān)器件為 MOSFET（見(jiàn)圖 2.2） 。多功能橋模塊參數(shù)設(shè) ABC 在交流輸出端時(shí)本來(lái)就是用于逆變，現(xiàn)在用于直流 PWM 變流時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電路需另需設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的雙極式驅(qū)動(dòng)控制電路如圖 2.3 所示，圖中輸入端

9、In1 接脈寬調(diào)制信號(hào)Uct，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（PWM Generator）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（Selector） ，調(diào)整了秒沖序列。因?yàn)?MOSFET 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，這里采取的辦法是使下方的 PWM 發(fā)生器輸入的控制信號(hào)為（Uct+0

10、.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。圖 1.1 直流 PWM-M 系統(tǒng)主電路圖 1.2 直流 PWM 調(diào)制精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 圖 2.1 直流 PWM-M 系統(tǒng)仿真模型圖 2.2 多功能橋?qū)υ捒蚓x優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)2.32.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASRASR 模型：模型：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用帶飽和和輸出限幅值的 PI 調(diào)節(jié)器，仿真模型如圖 2.4 所示。2.42.4 電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器 ACRACR 模型：模型：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用帶飽和和輸出限幅值的 PI 調(diào)節(jié)器，仿真模型如圖

11、 2.5 所示。3 3 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定圖 2.3 雙極式 PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路圖 2.4 帶飽和和輸出限幅值的 ASR 模塊圖 2.5 帶飽和和輸出限幅值的 ACR 模塊精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)3.13.1 電機(jī)模型參數(shù)計(jì)算電機(jī)模型參數(shù)計(jì)算 本實(shí)驗(yàn)選取伺服電機(jī)參數(shù)為：110V,2.4A,2400r/min,電樞電阻 Ra 的值為 3.4，電樞電感 La 的值為 60.4mH，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 0.014kg*m,勵(lì)磁電壓 110V,勵(lì)磁電流 0.5A。 根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算公式計(jì)算各參數(shù)：勵(lì)磁電阻 Rf=220, Lf=0 ,Laf=0.8025 將參數(shù)輸入電

12、機(jī)模型。3.23.2 轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)定轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)定 參數(shù) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 電流調(diào)節(jié)器 ACR 放大倍數(shù) Kp 23.5 35.6 積分時(shí)間常數(shù) Ki 0.52 0.003 調(diào)節(jié)器輸出限幅 10 0.98 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 0.00417 電流反饋系數(shù) 0.834 4 直流直流 PWM_MPWM_M 可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真模型：可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真模型：如圖 4.1 繪制仿真模型進(jìn)行仿真。圖 4.1 直流 PWM_M 可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真模型精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)5 5 直流直流 PWM_MPWM_M 可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果 雙極式控制直流 PWM

13、_M 可逆系統(tǒng)的仿真模型如圖 5.1 所示，從圖中可以看出正反轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)速、電流、可逆過(guò)程轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線。其中圖 5.1 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線，圖 5.2 伺服電機(jī)勵(lì)磁電流，圖 5.3 伺服電機(jī)電樞電流，圖 5.4 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩. 圖 5.1 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線圖 5.2 伺服電機(jī)勵(lì)磁電流精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 圖 5.3 伺服電機(jī)電樞電流 圖 5.4 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩6 6 心得體會(huì)心得體會(huì)一周的控制系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)已經(jīng)結(jié)束，此次實(shí)訓(xùn)讓我感受到了 Matlab 的神奇與強(qiáng)大，通過(guò)此次實(shí)訓(xùn)也使我加深了對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的了解，尤其是 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)，使我領(lǐng)悟到精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉

14、上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)需要很強(qiáng)的耐心、足夠的細(xì)心以及強(qiáng)大的理論知識(shí)為支撐。當(dāng)實(shí)訓(xùn)開(kāi)始我接到這個(gè)實(shí)驗(yàn)題目時(shí)，我沒(méi)有足夠的信心將其試驗(yàn)成功，因?yàn)楹芏嘀R(shí)是我不了解的，更別說(shuō)結(jié)合新的工具來(lái)調(diào)試開(kāi)發(fā)它。所幸的是老師為我們提供了一本參考書(shū)籍電力電子與電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的 Matlab 仿真 （洪乃剛主編） ，當(dāng)我拿到這本書(shū)時(shí)，可以說(shuō)是既高興又擔(dān)心。因?yàn)橥ㄟ^(guò)這本書(shū)我對(duì)于此實(shí)驗(yàn)有了大體的輪廓，發(fā)現(xiàn)好多知識(shí)原本是在電力拖動(dòng)課程里學(xué)到的，但是我對(duì)這些知識(shí)又做不到足夠的精通。所以我翻開(kāi)了以前的課本，重新學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)所需內(nèi)容。實(shí)訓(xùn)第一天是出現(xiàn)問(wèn)題最多的一天，首先在繪制模型時(shí)，我發(fā)現(xiàn)好多模型我都很陌生，所以在庫(kù)里尋找會(huì)很慢，其次對(duì)于很多模型參數(shù)的設(shè)置沒(méi)有設(shè)置正確，使得在仿真時(shí)會(huì)有錯(cuò)誤提示，終于在我不斷努力下將模型圖繪制完畢，接下來(lái)的工作就是仿真了，當(dāng)我懷著喜悅的心情點(diǎn)開(kāi)測(cè)試按鍵時(shí)，從示波器上顯示的圖形完全是不靠譜的，于是我對(duì)照數(shù)據(jù)檢查每個(gè)模型參數(shù)，我發(fā)現(xiàn)我輸入的參數(shù)跟課本上給的是一樣的，就這樣我調(diào)節(jié)了很長(zhǎng)一段時(shí)間還是沒(méi)有進(jìn)展，此時(shí)我把老師請(qǐng)來(lái)知道，老師細(xì)致的檢查了我的每個(gè)模型，并且增加了很多測(cè)試示波器，通過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間的檢查，老師最后確定了我的電機(jī)模型參數(shù)是錯(cuò)誤的。