《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书--PWM脉宽调制直流调速系统设计及MATLAB仿真验证.doc

PWM脉宽调制直流调速系统设计及MATLAB仿真验证 1.设计任务 1.1双闭环调速系统结构图 转速、电流双闭环直流调速系统的结构图如图1-1所示 图1-1系统结构图 图1-1转速、电流双闭环直流调速系统的结构图 图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，在用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE，从闭环结构上看，电流环子啊里面，称作内环；速度环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 1.2双闭环调速系统稳态结构图 双闭环调速系统稳态结构图如图1-2所示 图1-2系统稳态结构图 分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征，一般使存在两种状况：饱和—输出达到限幅值，不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，换句话说，饱和的 调节器暂时隔断了输入和输出的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI的作用使输入偏差电压ΔU在稳态时总为零。 实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。 1.3双闭环调速系统动态结构图 系统动态结构图如图1-3所示 图1-3系统动态结构图 图中分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数，为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电流显露出来。电机的启动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种状态，整个动态过程就分成图1-4中的I、II、III三个阶段。 图1-4系统启动过程转速电流波形 综上所述，双闭环直流调速系统的启动过程有以下三个特点： ⑴饱和非线性控制； ⑵转速超调； ⑶准时间控制。 2系统参数选取 2.1 H桥PWM变换器 由于题目中给定为转速、电流双死循环控制的H型双极性PWM直流调速系统，如图2-1a所示为H型双极性PWM调速系统。图中四个开关管VT1、VT2、 VT3、 VT4。VT1与VT4由同一个脉冲控制同时开通或者关断；VT2和VT3同时开通和关断，得到图2-1b的电压波形。使得直流电机两端所受电压在+Ud和-Ud之间转换，通过调节开关管的导通和关断时间，即占空比，可以达到对直流电机进行调速的目的。 图2-1 H桥式PWM直流调速系统 （a）原理图 （b）双极性PWM电压波形 2.2整流电路失控时间及滤波时间的确定 2.2.1整流电路平均失控时间常数 失控时间是随机的，它的大小随电源电压发生变化的时刻而变化，最大可能的失控时间就是两个相邻自然换相点之间的时间，与交流电源和整流电路形式有关，由下式确定 （2-1） 式中f——交流电源频率； m——一周内整流电压脉冲数。 相对整个系统的响应时间来说，一般情况下可取统计平均值，认为是常数，表2-1列出了不同整流电路的失控时间。 表2-1 各种整流电路的失控时间（f=50Hz） 整流电路形式 最大失控时间/ms 平均失控时间/ms 单相半波 20 10 单相桥式（H桥） 10 5 三相半波 6.67 3.33 三相桥式 3.33 1.67 根据表2-1可知H桥式PWM整流的平均失控时间为： （2-2） =0.001s 2.2.2电流滤波时间常数和转速滤波常数 H桥式电路每个波头的时间为 （2-3） = 为了基本滤平波头，应该选择 （2-4） 根据所有发电机纹波情况，取 2.3反馈系数的确定 转速反馈系数 （2-5） 电流反馈系数 （2-6） 3．电流调节器ACR的设计 3.1．电流环小时间常数计算 按小时间常数近似处理，取