基于malab的直流脉宽调速系统仿真研究.docx

基于malab的直流脉宽调速系统仿真研究 直流电气是第一个发展起来的能源能源转换设备。它具有动态激励大、速度快、速度平滑、速度能量消耗等优点。广泛应用于工农业生产的各个方面。直流电气的启动、调试、动态和静态运行是对电机工作的重要过程，也是工程应用和研究的重要课题。随着计算机软件技术的发展，用于数学计算的nb（matarianmovementalian）工具和软件开发了大量用于控制和相关学科的工具。nb-simulik可视化模拟工具包含用于能源电子、电气传动的模块库，可以从每个角度全面分析控制系统。在这项工作中，我们使用simulik模拟环境研究了直流电气的速度系统，该系统的设计效率提高了应用中系统控制器的设计效率，提高了封闭式系统的性能。 1 逆变换器主电路 直流脉宽调速是利用脉宽调制变换器, 把恒定的直流电源电压调制成频率一定, 宽度可变的脉冲电压序列, 从而可以改变平均输出电压的大小来调节电动机转速.脉宽变换器根据其形式一般包括两种:不可逆变换器和可逆变换器. 可逆变换器主电路有多种形式, 图1所示H桥式可逆PWM直流调速是常用的一种.该变换器中, Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3, 当0≤tton时, VT1、VT4导通, UAB=Us, 电枢电流沿回路1流通, 当ton≤tT时, 驱动电压反相, VT2、VT3由于续流二极管VD2、VD3反向电压钳住无法导通, 电枢电流沿回路2经二极管VD2、VD3续流, UAB=-Us.电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上, 当正脉冲较宽时, tonT/2, 则UAB的平均值为正, 电动机正转;反之反转.如果正负脉冲相等, 平均输出电压UAB为零, 则电动机停止.变换器的输出平均电压为调节占空比的范围就可以调节电动机的速度. 2 系统仿真模型 转速闭环调节系统是一种基本的反馈控制系统, 系统结构见图2.其中, ASR是转速调节器, 一般采用PID控制, UPW为PWM波生成环节, 其算法由软件确定, GD为驱动电路模块, UR为二极管整流桥, UPEM为H桥主电路, M为直流电动机, TG为测速电机. 对该单闭环速度反馈PWM直流调速系统采用定性仿真, 仿真模型见图3.其中, 转速调节器采用PI控制器, PI参数设置kp为1, kI为5, 输出限幅为[10, -10] (V) ;二极管整流部分用直流电源模拟, 直流电源参数和直流励磁电源参数均为220 V;反馈系数为0.1;给定信号为10 V, 在2 s时给定信号变为-10 V;负载采用50常数值来模拟.PWM发生器采用两个Discrete PWM Generator模块仿真, 该模块中自带三角波, 其幅值为1 V, 且输入信号应在-1 V与1 V之间, 输入信号同三角波信号相比较, 比较结果大于0时, 占空比大于50%, 电动机正转;比较结果小于0, 占空比小于50%, 电动机反转.其次, PWM发生器信号要同H桥对角两管触发信号相对应, 为此采用Selector模块. 仿真结果如图4所示, PWM调速系统表现为转速上升快, 动态响应快, 开始启动阶段功率器件处于全开状态, 电流波动不大等优点.当转速达到稳定时, 电力电子开关频率较高, 电流呈现脉动形式. 3 电流滤波和电流调节 转速单闭环能够满足简单的应用需要, 但是当系统要求较高的动、静态性能指标时, 控制系统一般都采用转速、电流双闭环控制, 电流环为内环、转速环为外环, 内环的采样周期小于外环的采样周期, 由于电流采样值和转速采样值都有交流分量, 常需要滤波器进行滤波.双闭环结构如图5, 系统相对于单闭环增加了电流反馈环节和电流调节器ACR. 采用SIMULINK对该系统进行模型仿真, 由于电流采样值和转速采样值都有交流分量, 常需要加入滤波环节.ASR和ACR都采用PI控制器, 并根据工程设计法求得各个PID参数, 仿真模型见图6. 两个step信号形成了0到2.5 s给定信号为10 V, 2.5到5 s给定信号为-10 V, 5 s以后为10 V的方波给定.仿真结果见图7, 从结果可以看出, 当给定10 V时, 电流调节器作用下电流波动到最大值, 使电动机以最优准则上升;给定变为-10 V时, 电动机制动, 当转速为0后, 电动机反向转动.电流波动小, 只要PI参数按照工程设计法, 选择适当, 系统就能可靠稳定运行. 4 基于simulaid仿真模型的双闭环dm传动控制系统设计思路 比较图4和图7可见, 双闭环 (转速环和电流环) PWM调速系统在调速过程中不会出现较大的电流变化或突变, 速度能够满足系统对稳定性、快速性及准确性的要求很快达到稳定, 稳态误差很小.但从SIMULINK仿真模型上可以看出, 双闭环PWM调速系统远比单闭环 (转速环) PWM调速