课程设计：直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真

直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真摘要当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。关键词：PWM调速、直流电动机、双闭环调速目录前言..................................................................................................................................1第1章直流PWM-M调速系统.......................................................................................2第2章UPE环节的电路波形分析...................................................................................4第3章电流调节器的设计...............................................................................................63.1电流环结构框图的化简..............................................................................................................................63.2电流调节器参数计算..................................................................................................................................73.3参数校验......................................................................................................................................................83.3.1检查对电源电压的抗扰性能：.....................................................................................................83.3.2晶闸管整流装置传递函数的近似条件.........................................................................................93.3.3忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件.............................................................................93.3.4电流环小时间常数近似处理条件.................................................................................................93.4计算调节器电阻和电容..............................................................................................................................9第4章转速调节器的设计.............................................................................................114.1电流环的等效闭环传递函数....................................................................................................................114.2转速环结构的化简和转速调节器结构的选择........................................................................................114.3转速调节器的参数的计算........................................................................................................................144.4参数校验....................................................................................................................................................144.4.1电流环传递函数化简条件.............................................................................................................154.4.2转速环小时间常数近似处理条件.................................................................................................154.5计算调节器电阻和电容............................................................................................................................154.6调速范围静差率的计算............................................................................................................................16第5章系统仿真.............................................................................................................175.1仿真软件Simulink介绍...........................................................................................................................175.2Simulink仿真步骤.....................................................................................................................................175.3双闭环仿真模型........................................................................................................................................175.4双闭环系统仿真波形图............................................................................................................................18结论..................................................................................................................................19参考文献............................................................................................................................201前言直流PWM_M调速系统几年来发展很快，直流PWM_M调速系统采用全控型电力电子器件，调制频率高，与晶闸管直流调速系统相比动态响应速度快，电动机转矩平稳脉动小，有很大的优越性，在小功率调速系统和伺服系统中的应用越来越广泛。直流PWM_M调速系统与晶闸管调速系统的不同主要在变流主电路上，采用了脉宽调制方式，转速和电流的控制盒晶闸管直流调速系统一样。直流PWM_M调速系统的PWM变换器有可逆和不可逆两类，二可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种电路。这里主要研究H型主电路双极式的PWM_M调速系统和受限单极式PWM_M调速的仿真，并通过仿真分析直流PWM_M可逆调速系统的过程。在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。一次是元器件的更新，即以大功率半导体器件晶闸管取代传统的变流机组，以线形组件运算放大器取代电磁放大器件。后一次技术更新主要是把现代控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器由模拟式进入了数字式。在前一次技术更新中，电气系统的动态设计仍采用经典控制理论的方法。而后一次技术更新是设计思想和理论概念上的一个飞跃和质变，电气系统的结构和性能亦随之改观。在整个电气自动化系统中，电力拖动及调速系统是其中的核心部分。在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出作为PWM的控制电压。从闭环反馈结构上看，电流调节环在里面，是内环，按典型Ⅰ型系统设计；转速调节环在外面，成为外环，按典型Ⅱ型系统设计。为了获得良好的动、静态品质，调节器均采用PI调节器并对系统进行了校正。检测部分中，采用了霍尔片式电流检测装置对电流环进行检测，转速还则是采用了测速电机进行检测，达到了比较理想的检测效果。2第1章直流PWM-M调速系统整个系统上采用了转速、电流双闭环控制结构，如图4-1所示。在系统中设置两