运动控制系统课程设计4

课程设计(论文)题目名称变频器电流跟踪PWM控制设计与仿真课程名称运动控制系统学生姓名肖利勇学号1241202035系、专业电气工程系、12自动化指导教师林立2015年9月30日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业12自动化学生姓名肖利勇学号1241202035题目名称变频器电流跟踪PWM控制设计与仿真设计时间2015年9月20日-2015年9月30日课程名称运动控制系统课程编号121203204设计地点电力电子与电力拖动实验室/综合仿真实验室一、课程设计（论文）目的课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。运动控制系统课程设计，要求学生更多实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象.《运动控制系统课程设计》是继《电机与拖动基础》、《电力电子技术》、《自动控制原理》和《运动控制系统》课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行电机调速技术和设计工作,掌握系统设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。二、已知技术参数和条件设计一通用型变频器的主电路和控制电路组成系统，对异步电机进行变频调速，要求如下：1．变频器所带的异步电机负载技术参数为：UN=380V,IN=1.67A,PN=1.1kW,连续工作制。2.完成变频器主电路设计，主电路可选用交-直-交结构，进行参数计算和器件选型3.完成变频器控制电路设计，对逆变部分控制方式采用电流跟踪控制(CFPWM)，(1)采用模拟器件实现；（2）采用单片机实现4.频率变化范围2-50Hz连续可调，动态响应快。5.利用Matlab/Simulink对整个系统进行仿真，并对仿真结果进行分析。三、任务和要求（1）主电路选择、参数计算及器件选型；（2）控制电路选择、参数计算及器件选型；（3）运用MATLAB/Simulink软件进行仿真，校验。注意：关于设计计算的部分一律先采用A4纸手写（画图用直尺），然后打印，MATLAB软件仿真的部分一律采用A4纸打印，一起装订成课程设计报告（设计报告的格式和要求参见指导书）。注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1、电力电子与电力拖动实验室，10套DJDK-1电力电子与电力拖动实验装置；2、DJDK-1电力电子与电力拖动实验指导书；3、MATLAB仿真软件。五、进度安排2015年9月20日-21日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求2015年9月22日-21日：总体方案设计2015年9月22日-23日：各单元电路设计和参数计算2015年9月24-25日：用MATLAB仿真并系统改进2015年9月26-29日：整理并书写设计说明书2015年9月30日：答辩并考核六、教研室审批意见教研室主任（签字）：年月日七|、主管教学主任意见主管主任（签字）：年月日八、备注指导教师（签字）：学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名肖利勇学号1241202035系电气工程系专业班级12自动化题目名称变频器电流跟踪PWM控制设计与仿真课程名称运动控制系统一、学生自我总结本次运动控制系统课程设计，所研究的课程是变频器电流跟踪PWM控制设计与仿真。目前电机控制应用得最多的还是结构简单和控制相对简单的通用型变频器，由于通用型变频器采用不可控二极管整流，存在输入电流谐波数大、能量利用率低、不能四象限运行等缺点。为了克服这些缺点，本次课程设计利用PWM整流技术，用MATLAB软件对双PWM变频器进行了仿真研究。通过分析仿真波形，得出电流跟踪控制技术比电压控制的SPWM能获得更好的性能，且控制精度高、响应快、易于实现。学生签名：年月日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权重304030单项成绩指导教师评语：指导教师（签名）：年月日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。I摘要论文研究的是电流跟踪PWM技术。其基本思想是：控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为幅值相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压。本论文采用的是PWM控制的一种常用方法：电流滞环跟踪PWM控制。即当逆变器输出电流与给定电流的偏差超过一定值时，改变逆变器的开关状态，使逆变器输出电流增加或减小，将输出电流与给定电流的偏差控制在一定范围内。采用MATLAB中的Simulink来进行建模仿真，通过对仿真结果的观察分析，可以得出电流滞环跟踪PWM控制比电压控制的SPWM能获得更好的性能，且控制精度高、响应快、易于实现。关键词：电流跟踪PWM；电流滞环跟踪PWM；电流偏差；MATLAB仿真目录摘要...................................................................................错误!未定义书签。1绪论................................................................................错误!未定义书签。2总体设计.......................................................................................................22.1电流滞环跟踪控制原理.............................................................................22.2交-直-交PWM变频器主回路..................................................................32.3电流滞环跟踪控制的特点........................................................................33MATLAB仿真..............................................................................................53.1仿真软件简介............................................................................................53.2建立仿真模型.............................................................................................53.3仿真子系统模型.......................................................................................53.4仿真结果分析.............................................................................................74结束语.........................................................................................................10参考文献.........................................................................................................11附录.................................................................................................................12致谢.................................................................................................................1511绪论SPWM控制技术以输入电压接近正弦波为目的，电流波形则因负载的性质及大小而异。然而对于交流电动机来说，应该保证为正弦波的是电流，稳态时在绕组中通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不产生脉动，因此以正弦波电流为控制目标更为合适。电流跟踪PWM(CurrentFollowPWM,CHPWM)的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值，在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的SPWM获得更好的性能。电流跟踪控制的精度与滞环的宽度有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。在实际使用中，应在器件开关频率允许的前提下，尽可能选择小的宽度。电流滞环跟踪控制方法的精度高、响应快，且易于实现，但功率开关器件的开关频率不定。为了克服这个缺点，可以采用具有恒定开关频率到的电流控制器，或者局部范围内限制开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。22总体设计2.1电流滞环跟踪控制原理常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪PWM（CurrentHysteresisBandPWM——CHBPWM）控制，具有电流滞环跟踪PWM控制的PWM变压变频器的A相控制原理如2.1图所示。HBC-1VD1VD4VT1-Ud/2iA*VT4Ud/2iA—图2.1电流滞环跟踪控制的A相原理图图2.1中，电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h。将给定电流iA*与输出电流iA进行比较，电流偏差ΔiA超过时±h，经滞环控制器HBC控制逆变器A相上（或下）桥臂的功率器件动作。B、C二相的原理图均与此相同。在t0时刻，iAiA*，且ΔiA=iA*-iA≥h，滞环控制器HBC输出正电平，驱动上桥臂功率开关器件VT1导通，变压变频器输出正电压，使iA增大。当iA增长到与iA*相等时，虽然ΔiA=0，但HBC仍保持正电平输出，VT1保持导通，使iA继续增大。直到t=t1时刻，达到iA=iA*+h，ΔiA=–h，使滞环翻转，HBC输出负电平，关断VT1，并经延时后驱动VT4。但此时VT4未必能够导通，由于电机绕组的电感作用，电流iA不会反向，而是通过二极管VD4续流，使VT4受到反向钳位而不能导通，输出电压为负。此后，iA逐渐减小，直到t=t2时，iA=iA*—h，到达滞环偏差的下限值，使HBC再翻转，又重复使VT1导通。这样，VT1与VD4交替工作，使输出电流iA快速跟随给定值iA*，两者的偏差始终保持在±h范围内。32.2交-直-交PWM变频器主回路常用的交-直-交PWM变频器主回路结构如图2.2所示，左边是不可控整流桥，将三相交流电整流成电压恒定的直流电压，右边是逆变器，将直流电压变换为频率与电压均可调的交流电，中间的滤波环节是为了减小直流电压脉动而设置的。M3~A+Ud/2~+Ud/2CBO1图2.2交-直-交PWM变频器主回路这种主回路只有一套可控功率级，具有结构简单、控制方便的特点，采用脉宽控制的方法，输出谐波分量小，缺点是当电动机工作在回馈制动时能量不能回馈至电网，造成直流侧电压上升。PWM变压变频器的应用之所以如此广泛，是由于它具有如下的一系列优点：（1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有逆变单元可控，通过它同时调节电压和频率，结构简单。采用全控型的功率开关器件，只通过驱动电压脉冲进行控制，电路也简单，效率高。（2）转矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能。（3）逆变器同时实现调压