双极式控制直流pwm-m调速系统建模与仿真

双极式控制直流pwm-m调速系统建模与仿真

0染色体脉冲调宽型开关放大器在能源勤勉系统中，设置电压的直接转速是采用最广泛的速度法。由于mosfi等综合控制装置组成的带体脉冲宽开关放大器，它们逐渐开发成熟，并越来越流行。本文主要研究了直流电机双极式控制直流PWM-M可逆调速系统的原理和控制方法,以及其在Matlab/Simulink中建模与仿真。1h型主电路在nb和simulik下的建模和模拟1.1系统的工作原理直流PWM-M调速系统的主电路组成如图1所示,主电路由4个电力场效应晶体管VT1~VT4和四个续流二极管VD1~VD4成H型连接组成。当VT1和VT4导通时,有正向电流通过电动机M,电动机正转;当VT2和VT3导通时,有反向电流通过电动机M,电动机反转。VT1~VT4驱动信号的调制原理如图2所示,在三角波与控制信号Uct相交时,分别产生驱动信号Ub1、Ub4和Ub2、Ub3。图1直流PWM-M调速系统主电路图2直流PWM调制波形图1.2驱动信号发生电路图1直流PWM-M系统主电路在Matlab/Simulink中的仿真模型如图3所示。图3中H型变流器调用多功能桥,其参数设为2相桥臂,abc在交流输出端,开关器件为电力MOSFET。当多功能桥模块参数设abc在交流输出端时,原本是用于逆变,现在用于直流PWM变流时,其驱动信号发生电路需另外设计。设计的驱动信号发生电路如图4所示,图中输入端In1接脉宽调制(PWM)信号,输出端Out1输出4路MOSFET的驱动信号。脉宽调制由两个PWM发生器模块进行,其中上方的PWM发生器产生VT1和VT2的驱动信号,下方的PWM发生器产生VT3和VT4的驱动信号,为了使PWM发生器输出的驱动信号顺序与多功能桥的驱动顺序一致,模型中加入一个选择器模块,调整了脉冲序列。因为MOSFET有导通和关断时间,为了避免上下桥臂的两个管子同时导通和关断,造成桥臂的直通现象,需要有“死时”限制,这里采取的办法是将下方的PWM发生器输入的控制信号为设为Uct+0.001,即将Uct略为抬高,使下方的PWM发生器信号变窄一些,这样上下两个管子就不会同时导通和关断。该PWM驱动信号发生电路经过打包后即成图3中的PWM分支电路模块。在主电路模块中控制信号通过互动开关与PWM分支电路模块连接,因此双击互动开关模块就可以选择控制信号Uct和-Uct,控制电动机正转与反转。1.3额定负载仿真图3中伺服电动机参数设置为:UN=110V,IN=2.9A,nN=2400r/min,电枢电阻Ra的值为3.4Ω,电枢电感La的值为60.4mH,转动惯量0.014kg·m2,励磁电压110V,励磁电流0.5A。仿真该系统在额定负载时的工作情况。另外可根据伺服电动机参数计算得电动机励磁电阻Rf=220Ω,Laf=0.797H,Lf=0,将电动机参数输入电动机模型对话框,并通过计算公式(1)和(2)可以得到转矩常数Ce和额定负载转矩TL:另外,在直流PWM模型中控制信号ua的取值方位为0~1,ua也就是双极性PWM的调制度,当取ua=0.8时,PWM变流器的直流电源电压。1.4变流器输出电压在Matlab/Simulink中搭建好模型后并进行仿真可得到如图5所示的直流电机PWM-M调速系统的仿真波形。从波形中可以看出变流器输出电压呈良好的矩形波,如果不设一定的“死时”,由于上下桥臂管子的换流重叠现象,使输出电压呈梯形。图5中的Ud1为输出电压的平均值,输出电压略高于110V。图5中n为伺服电动机的转速响应,转速上升平稳,这是PWM调制的特点,图5中ia为电动机起动过程中的电流曲线,起动电流最大值为30A,约为稳定电流的10倍。2采用双极性控制体系对氨基斜流方程的建模和模拟2.1双闭环控制系统的设计为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置了两个调节器:转速调节器ASR和电流调节器ACR,二者之间实行串级联接,如图6所示。即把转速调节器ASR的输出当作电流调节器ACR的输入,再用电流调节器ACR的输出去控制PWM调制器。从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫做内环;转速调节器在外面,叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态性能,双闭环调速系统的两个调节器都采用PI调节器。图6直流PWM-M可逆调速系统仿真模型2.2转速调节器和电流调节器acr双极式控制直流PWM-M可逆调速系统的仿真模型如图6所示,模型在直流PWM-M系统主电路模型基础上增加了转速调节器ASR和电流调节器ACR,分别如图7和图8所示。ASR和ACR都采用带输出限幅的PI调节器。调节器参数取值见表1,模型的其他设置与H型主电路仿真相同,仿真算法采用ode23tb。2.3电机的正转限制双极式控制直流PWM可逆系统的仿真结果如图9及图10所示。图9为系统从正转起动至反转运行过程中转速对给定Un*的仿真波形。在仿真中取电流的过载倍数=3,因此电动机的正转起动和制动时,反转起动过程中始终保持者最大电流12A左右。在正反转速达到额定值2400r/min后,电流下降到4A左右。图10为电流调节器ACR的输出信号Uct的仿真波形,Uct的波动反映了电流调节器的调节作用,Uct的变化使变流器的脉宽随之调整,输出电压值也随着变化,使电流保持不变。3