直流斩波PWM控制Matlab仿真
Matlab_Simulink在直流斩波电路仿真中的应用
图 １ 由 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 组成的 Ｂ ｕ ｃ ｋ 直流变换器仿真模型
图 ３ 由 ＩＧＢＴ 组成的 Ｂｏｏｓｔ－Ｂｕｃｋ 直流变换器仿真模型
１ ０ ０ Ｖ ， 满足 论分析吻合。
， 与升降压斩波理
２ 结语 通过以上的仿真过程分析， 可以得到
下列结论。 本文利用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 对降压斩波电路和
升降压斩波的仿真结果进行了详细分析， 与采用常规电路分析方法所得到的输出电 压波形进行比较， 进一步验证了仿真结果 的正确性。
采用 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 对直流斩波电路 进行仿真分析， 避免了常规分析方法中繁 琐的绘图和计算过程， 得到了一种较为直 观、快捷分析斩波电路的新方法。
动力与电气工程
科技资讯 ２００８ ＮＯ．２０
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 在直流斩波电路仿真中的应用
程显 李小敏 （ 平顶山工学院电气与电子工程系 河南平顶山 ４ ６ ７ ０ ０ １ ）
摘 要：本文用 Ｍａｔｌａｂ 的可视化仿真工具 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 建立了 Ｂｕｃｋ 电路的仿真模型，在此基础上对 Ｂｕｃｋ 电路及 Ｂｏｏｓｔ－Ｂｕｃｋ 电路进行了较详 细的仿真分析。结果表明，仿真波形与常规分析方法得到的结果具有一致性，证实了 Ｍａｔｌａｂ 软件在电力电子技术教学和研究中具有较好 的应用价值。 关键词：直流斩波电路 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 仿真 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－３７９１（２００８）０７（ｂ）－０１０５－０１
PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证
PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：目录1．MATLAB简介 (3)3系统设计及参数计算 (5)3.1系统总体设计 (5)3．1.1 H型双极式PWM原理 (5)3．1。
2双闭环调速系统结构图 (7)3．1。
3双闭环调速系统启动过程分析 (8)3。
2电流调节器设计及参数计算 (9)3。
3转速调节器设计及参数计算 (11)4 MATLAB仿真验证 (14)4.1稳定运行时电流环突然断线仿真分析 (14)参考文献 (19)PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证1．MATLAB简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
[MATLAB和MATHEMATICA、MAPLE并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像MAPLE等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。
2 设计分析直流双闭环调速系统调节器包括转速调节器（ASR）和电流调节器(ACR）,从而分别引入了转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行串级连接.把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。
直流斩波电路的Matlab／Simulink仿真研究
直流斩波电路的Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真研究作者：王辉程坦来源：《现代电子技术》2009年第05期摘要：电力电子技术是工科院校电气信息类专业学生必修的一门专业基础课程，其理论性和实践性较强，电路和波形图多且复杂，通常仿真技术在电力电子技术领域应用不多。
应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了Buck电路的仿真模型，在此基础上对Buck电路及Boost-Buck电路进行了较详细的仿真分析。
结果表明，仿真波形与常规分析方法得到的结果具有一致性，证实了Matlab软件在电力电子技术教学和研究中具有较好的应用价值。
关键词：Matlab/Simulink；直流斩波电路；电力系统工具箱；建模中图分类号：TM13文献标识码：B文章编号：1004-373X(2009)05-174-02Simulation Research of DC Chopper Circuit Based on Matlab/SimulinkWANG Hui,CHENG Tan(Pingdingshan Institute of Technology,Pingdingshan,467044,China)Abstract：The course of power electronics is the required specialized course for the students major in electrical information.The course has high theory and practice.It includs much complex circuits and wave forms.The simulation technology is seldom used in the field of power electronics.The simulation model of buck chopper circuit is constructed based onMatlab/Simulink.The buck chopper circuit and Boost-Buck chopper circuit are fully simulated and analyzed based on this model.The results show that the voltage wave forms both based on simulation and based on conventional circuit analysis are identical.It proves that the software has a good application value in the researching and teaching of the power electronic.Keywords：Matlab/Simulink;DC chopper circuit;power system toolbox;modeling0 引言在电力电子技术中，将直流电的一种电压值通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的变换，称为直流-直流变换。
直流PWM调速系统MATLAB仿真
《单片机原理及接口技术》课程设计报告课题名称直流PWM调速系统的MATLAB仿真学院自动控制与机械工程学院专业机械设计制造及自动化班级姓名（学号）时间2016-1-9摘要直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。
本文设计的直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。
电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。
电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速；H桥驱动电路；LED显示器；51单片机ABSTRACTDC motor has a good startup performance and speed characteristics, it is characterized by starting torque, maximum torque, in a wide range of smooth, economical speed, speed, easy control, speed control after the high efficiency. This design of DC motor speed control system, mainly by the microcontroller 51, power supply, H-bridge driver circuits, LED liquid crystal display, the Hall velocity and independent key component circuits of electronic products. Power supply with 78 series chip +5 V, +15 V for motor speed control using PWM wave mode, PWM is a pulse width modulation, duty cycle by changing the MCU 51. Achieved through independent buttons start and stop the motor, speed control, turning the manual control, LED realize the measurement data (speed) of the display. Motor speed using Hall sensor output square wave, by 51 seconds to 1 microcontroller square wave pulses are counted to calculate the speed of the motor to achieve a DC motor feedback control.Keywords: DC motor speed control；H bridge driver circuit；LED display目录第1章引言1.1 概况现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化，因此必然要与各种控制元件组成的自动控制系统联系起来，而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。
数字化PWM可逆直流调速系统设计MATLAB仿真
摘要本文介绍双闭环PWM直流调速系统原理基础上，根据系统的动、静态性能指标采用工程设计方法设计调节器参数。
调速方案的优劣直接关系到系统调速的质量，根据电机的型号及参数选择最优方案，以确保系统能够正常，稳定地运行。
并运用MATLAB的Simulink 和Power System工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真方法，实现了转速电流双闭环PWM直流调速系统的建模与仿真。
文章重点介绍了调速系统的建模和PWM发生器、直流电机模块互感等参数的设置。
给出了PWM直流可逆调速系统的仿真模型和仿真结果，验证了仿真模型及调节器参数设置的正确性。
关键词：直流调速；PWM；双闭环；PI调节AbstractAccording to dynamic and static performance，the method uses engineering design to set parameters of controllers based on principle of Double Close Loop PWM speed system．Governor the pros and cons of the program directly related to the quality of the system governor, according to the motor model and parameters to choose the best program to ensure that the system to normal, stable operation.The approach using electrical principle and toolbox of simulink and power system in Matlab has completed the modeling and simulation of system．The model of simulation and parameters controllers and PWM generator is introduced emphatically．As well as mutual inductance parameter in DC motors．The results of simulationale obtained and the results are close to actual situation，it shows the correction of the model and parameters of controllers．Keywords：DC Timing System; PWM;Double Close Loop; PI Adjust1绪言直流调速系统具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
直流斩波电路的MATLAB仿真实验
直流斩波电路的MATLAB仿真实验降压式直流斩波电路
一、实验内容
降压斩波原理：
式中
为V处于通态的时间；
为V处于断态的时间；T为开关周期；
为导通占空比，简称占空比火导通比。
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式：（1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间
不变，称为PWM。
（2）保持开关导通时间
不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型。
（3）
和T都可调，使占空比改变，称为混合型。
图1 降压斩波电路原理图
2
二、实验原理
(1)t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io 按指数曲线上升
(2)t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。
为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L 值较大
三、实验过程
1、仿真电路图
图2 降压斩波的MATLAB电路的模型2、仿真模型使用模板的参数设置IGBT参数的设置如图
图3
Diode参数的设置如图
图4
脉冲信号发生器Pulse Generator的设置如图
图3
示波器的设置如图
直流电源
为200V,电感L为2mH，电容
为10μs，电阻
为5Ω
四、仿真结果
图3
=0.2时的仿真结果
图4
=0.4时的仿真结果
图5
=0.6时的仿真结果
仿真结果分析
由公式
可得：
当
时，
=44
=0.4时，
=88。
=0.6时，
=132。
基于Matlab／SIMULINK的桥式直流PWM变换电路实验仿真分析
基于Matlab／SIMULINK的桥式直流PWM变换电路实验仿真分析本文以MATLAB软件的SIMULINK仿真软件包为平台，对桥式直流PWM 变换电路进行仿真分析文章对每个电路首先进行原理分析，进而建立相应的仿真模型，经过详细计算确定并设置仿真参数进行仿真，对于每次仿真结果均采用可视化波形图的方式直接输出。
在对仿真结果分析的基础上，不断优化仿真参数，使其最大化再现实际物理过程，并根据各个电路的性能进行参数改变从而观察结果的异同。
标签：SIMULINK；PWM；电路仿真1 桥式直流PWM变换电路简介桥式直流PWM变流器仿真实验是对全控型器件的应用。
实验电路中，前端为不可控整流、后端为开关型逆变器，此结构形式应用最为广泛。
逆变器的控制采用PWM方式。
对这个实验有所掌握的话，对后续课程设计直流调速系统也会有很大启发。
因为直流PWM-M调速系统近年来发展很快，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，有很大优越性，因此在小功率调速系统和伺服系统中的应用越来越广泛。
2 桥式直流PWM变换电路的工作原理本实验系统的主电路采用双极性PWM控制方式，其中主电路由四个MOSFET（VT1～VT4）构成H桥。
Ub1～Ub4分别由PWM调制电路产生后经过驱动电路放大，再送到MOSFET相应的栅极，用以控制MOSFET的通断。
在双极性的控制方式中，VT1和VT4的栅极由一路信号驱动，VT2和VT3的栅极由另一路信号驱动，它们成对导通。
控制开关器件的通断时间可以调节输出电压的大小，若VT1和VT4的导通时间大于VT2和VT3的导通时问，输出电压的平均值为正，VT2和VT3的导通时间大于VT1和VT4的导通时间，则输出电压的平均值为负，所以可以用于直流电动机的可逆运行。
3 计算机仿真实验（1）桥式直流PWM变换电路仿真模型的建立。
根据所要仿真的电路，在SIMULINK窗口的仿真平台上构建仿真模型。
数字化PWM可逆直流调速系统MATLAB仿真
1．要求
设计一个转速、电流双闭环控制PWM可逆直流调速系统。电动机控制电源采用H型PWM功率放大器，其占空比变化为0～0.5～1时，对应输出电压为-264V～0～264V，为电机提供最大电流25A。速度检测采用光电编码器（光电脉冲信号发生器），且其输出的A、B两相脉冲经光电隔离辩相后获得每转1024个脉冲角度分辨力和方向信号。电流传感器采用霍尔电流传感器，其原副边电流比为1000：1，额定电流50A。已知：
Keywords：DCTimingSystem; PWM;Double CloseLoop; PI Adjust
六、成绩评定
指导教师评语：
指导教师签字：
2012年月日
项目
评价
项目
评价
调查论证
工作量、工作态度
实践能力
分析、解决问题能力
质量
创新
得分
七、答辩记录
答辩意见及答辩成绩：
答辩小组教师（签字）：
2012年月日
5.肖阳.基于DSP的伺服电机的调速系统的控制设计[D].武汉：武汉理工大学硕士论文，2009.
6.洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.北京：机械工业出版社，2006.
四、课程设计（学年论文）摘要（中文）
本文介绍双闭环PWM直流调速系统原理基础上，根据系统的动、静态性能指标采用工程设计方法设计调节器参数。调速方案的优劣直接关系到系统调速的质量，根据电机的型号及参数选择最优方案，以确保系统能够正常，稳定地运行。并运用MATLAB的Simulink和Power System工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真方法，实现了转速电流双闭环PWM直流调速系统的建模与仿真。文章重点介绍了调速系统的建模和PWM发生器、直流电机模块互感等参数的设置。给出了PWM直流可逆调速系统的仿真模型和仿真结果，验证了仿真模型及调节器参数设置的正确性。
使用Matlab仿真斩波器-直流电动机驱动系统
2.1 用simpowersystems 模块模拟直流电动机驱动
系统
利用 “ 手动切换” 模块， 选择不同的 可以 速度
(1一 ar + e一一 (， e一 r e一一 a)r
1 一e 一 r
△ 1=生
a R
这里 a 是(斩波器) 工作周期，r 是斩波器周期
与直流电机 电气时间常数之 比:
给定值， 也可以选择使用不同的电机轴端负载转矩， 这便于在使用恒定值或者阶跃函数之间进行选择。 我们先把速度给定值设定为 120 /5 的恒定值，负载 r 转矩也维持 SN m 不变。
这 f 是 磁绕组 电 的 感。 流电 里La 励 一 枢间 互 直 机
产生的转矩正比于电枢电流 几 :
m T =价 a
这里K 是电机转矩常 。 T 直流电机转矩常 等
58} 气 嗽20 第 嚷 建 o7年 7期
研 究 与开 发
于电压常数:
犬 凡 忏
晶闸管 Th 由脉宽调制( w M) 信号触发，以 l P
厂 生
T |
土 一 .
图4
决 份 | 告
斩波器供电的直流电机驱动系统模型
V f ZJ {〕 V
2。 第 气 术5 。 7期电 披 19 7年
研 究 与开 发
用“ 直流电机” 模块所模拟的直流电机包括两个 独立的部分: 电气部分和机械部分。 点击直流电机模
GTO 晶闸管所需的触发信号由滞后电流控制
器产生，后者保持电机电流与参考量的差在+h=2
研 究 与开发
使用 Ma l b 仿真斩波器一 t a 直流
电动机 驱 动系统
李英锋
( 河南神马尼龙化工有限责任公司，河南 平顶山 4 70 3 ) 6 1
直流斩波的MATLAB仿真研究
直流斩波的MATLAB仿真研究收藏此信息打印该信息添加：刘宗富来源：未知1 引言这篇文章是在思考pwm问题时写下的，涉及的问题很多，特别是spwm和svpwm的文章很多，很流行，突然说有问题，而且是理论上的问题，不一定为大家所接受。
作者不想讨论spwm和svpwm方法的缺点，只想提出自己的想法。
作者分析，都是直流斩波，所以从直流斩波开始，先讨论简单的h桥pwm，第一步给定目标函数，例如正弦电压波，然后是给定量化的阶梯波，步数多对称性好当然好，但有时受到条件的限制。
直流斩波，是脉宽调制，不是脉幅调制，所以有了脉宽波的排列问题。
我们希望电流正弦，所以不管电压的脉宽排列多么合理，如果电流的毛刺过大，还是达不到目的。
这正是spwm或svpwm方法的主要问题。
解决电流毛刺问题是电压给定，特别是低速时的电压给定很难解决的问题，所以一般在低速时采用电流闭环。
电流闭环下的电流给定，有一系列想象不到的优点，有可能完全取代电压给定。
当然，电流给定也有一个巨大弱点，那就是有时候不知道该给多大电流。
总之，这是一个新问题，需要说明的问题很多，在这里，作者是用仿真来回答问题。
2 直流变压直流变压在电力电子的支撑下变得简单易行了，让我们总结一下直流斩波的工作原理，虽然很简单，但却是主要的理论基础。
直流变压，是将一个恒定的直流电压e d，利用电力电子器件的斩波作用，斩成大小可以调节的另一个直流电压e。
斩波时间t根据igbt的使用条件一般选在400μs左右。
图1示直流变压的原理电路图。
e d=100v，通过igbt的斩波，在阻抗z上产生0~100v可调的直流电压e。
图1 直流变压原理电路图根据图1，在igbt导通t=1.98ms的时间内，阻抗z上的电压是ed=100v，当igbt关断t-t= 1.32ms的时间内，由于二极管d的续流作用，阻抗z被短路，得到的外加电压等于零。
所以每次斩波在阻抗z上产生的平均电压e为:e=e d×t/t (1)注意，这里e是平均值，如果看电压，波动很大，但如果看产生的电流，由于斩波时间t=3. 3ms，时间很短，所以在电感的阻尼作用下和平均值十分接近。
升、降压直流斩波电路及matlab仿真
目录绪论 (3)一．降压斩波电路 (6)二．直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12)三．D c／D C变换器的设计 (18)四．测试结果 (19)五．直流斩波电路的建模与仿真 (29)六．课设体会与总结 (30)七．参考文献 (31)绪论1. 电力电子技术的内容电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。
它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。
它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。
电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。
电有直流(DC)和交流(AC)两大类。
前者有电压幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。
实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对同种电能的一个或多个参数(如电压，电流，频率和功率因数等)进行变换。
变换器共有四种类型：交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。
直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。
这是与整流相反的变换，也称为逆变。
当输出接电网时，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变。
交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。
其中：改变交流电压有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为交-交变频。
直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。
2. 电力电子技术的发展在有电力电子器件以前，电能转换是依靠旋转机组来实现的。
与这些旋转式的交流机组比较,利用电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、重量轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应快及使用方便等优点。
1957年第一只晶闸管—也称可控硅(SCR)问世后，因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管时代。
直流斩波电路的MATLAB建模与仿真
直流斩波电路的MATLAB建模与仿真摘要：直流斩波电路包括降圧斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zetd斩波电路。
本实验设计的是Buck降压斩波电路，采用全控型器件IGBT。
根据Buck降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，并通过Matlab仿真分析。
关键词：降压斩波、主电路、控制电路、驱动及保护电路。
Abstract *De chopping circuit including step-down chopper circuit, boost chopper circuit, buck chopper circuit, Cuk chopping circuit, Sepic chopper circuit and Zeta chopper circuit .Buck step-down chopper circuit is designed in this study, using IGBT type control device・ According to Buck step-down chopper circuit design task requirement design of main circuit, control circuit, drive and protection circuit, and through Mat lab simulation analysis・Key Words: Step-down chopper, main circuit, control circuit, drive and protection circuit・引言：直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，是电力电子领域的一大热点。
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。
基于Matlab的直流电机PWM调速仿真
%限流电阻
% 电源电压
%转速状态方程 %通过PWM器件调制后的输出电压
%电流状态方程
6
五、matlab仿真结果
分析：在以上参数选取的条件下 ①电流i=3.5A(此时电机启动尖峰电流为18A，持续时 间小于2s因此电机启动是安全的) ②转速为23.5r/s=1410r/min(转速也在额定转速内)
谢谢大家
i R
i
n
2
di =(-R ii + k Rn - u) / L (3) dt dn =(k ii - k nn2 ) / J dt (4)
图一、系统简化电路图
（3）（4）即为电路系统微分方程表达式，由于（4） 为非线性的，所以，不能写成状态方程形式。
2
二、电路系统参数设置
① ② ③ ④ ⑤ 电源电压u设为：U0=30V 额定转速n设为： Nm=1500转/分=25转/秒 回路参数设为： L=0.065H; Ri=0.72Ω; 转动惯量设为: J=0.36 PD参数设为: kr=1.0; ki=0.5;kn=0.0027; kp=0.05;kd=0.33;
图一、系统简化电路图
3
三、电路系统原理分析
仿真时PD参数的选取是难点,其对系统的影响至关 重要。在选择PD参数时应综合考虑kp、ki、kd 的 变化给系统带来的影响,具体可以按照先比例后积 分再微分的顺序反复调试参数。
电网电源 速度指令 速度 U* n 调节器 + ASR Un * Ui + Ui La 电流 Uc 调节器 ACR 电流内环 电力开关 变流装置 UPE 电流反馈 速度反馈 U d Id Ra M
5
四、matlab仿真程序
f%子函数定义 unction [dx]=F(x,Nm) L=0.065; J=0.36; R=0.72; kr=1.0; ki=0.5; kn=0.0027; U0=30; i=x(1); n=x(2); kp=0.05; kd=0.33; dn=(ki*i-kn*n^2)/J; du=kd*(kp*(Nm-n)-dn); P=du; di=(-R*i-kr*n+P)/L; dx(1)=di; dx(2)=dn; if(P>U0) P=U0; end if(P<U0) P=0;直流调速系统的一般结构
PWM逆变器Matlab仿真(可打印修改)
图1.1 半桥式逆变电路
图1.2 全桥逆变电路
图2.1 升压斩波电路
图2.2 全桥式逆变电路
图2.3 移相调压波形
2.3 PWM控制技术及SPWM波的生成
已经通过方案论证最终选择了数模结合的SPWM控制方式，并介绍了该控制系统的基本组成，现在我将主要从PWM控制技术及SPWM波的生成这两个方面来
图2.5形状不同而冲量相同的各种窄脉冲及响应波形
脉冲幅值相等而脉冲宽度按正弦规律变化而正弦波等效的PWM波称为SPWM(sinusoidal PWM)波形。
图2.6 用PWM波来代替正弦半波
规则采样法
的控制就是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的通断时刻。
规则采样法由经过采样的正弦波与三角波相交，并由交点得出脉冲宽度。
该方法只在三角波的顶点或者底点位置对正弦波采样而形成阶梯波，其原理如图2.7所示。
图2.7 规则采样法生成SPWM 波的原理图
假设三角波的幅值为1，正弦函数为=M ，M 为调制度且0<M<1，r u t sin ω由图中ΔABC ∽ ΔEDA 得，AB/BC=ED/DA ，代入后可得：
图2.8 单相桥式PWM逆变电路
PWM控制方式
所示，调制信号为正弦波，载波在的正半周为正极性的三
u c u r u
r
图2.9 单极性PWM控制方式波形
（二）双极性PWM控制方式
如图2.10所示，在调制信号和载波信号的交点的时刻控制各个开关器
u c u
r
件的通断。
图2.10 双极性PWM控制方式波形
图3.16 R=10，L=2e-1，C=2e-2时的波形。
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课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 直流斩波PWM控制Matlab仿真初始条件：输入200V直流电压。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、要求得到0~100V直流电压。
2、在Matlab/simulink中建立电路仿真模型；3、对电路进行仿真；4、得到结果并对结果进行分析；时间安排：课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。
第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。
第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。
第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (1)1 概述及设计要求 (2)1.1 概述 (2)1.2 设计要求 (2)2 降压斩波电路拓扑分析 (3)2.1 降压斩波器基本拓扑 (3)2.2 buck开关型调整器拓扑分析 (3)2.3 降压斩波电路的重要参数计算方法 (4)2.3.1 buck调整器的效率 (4)2.3.2 buck调整器的理想开关频率 (4)2.3.3 输出滤波电感的选择 (5)2.3.4 输出滤波电容的选择 (5)3 电路设计 (6)3.1 buck主电路设计 (6)3.2 脉宽调制电路设计 (7)3.3 MOS管驱动电路设计 (8)3.4 系统工作总电路 (8)4 Matlab建模仿真及分析 (9)4.1 Matlab仿真模型的建立 (9)4.2 Matlab仿真结果及分析 (10)结束语 (14)参考文献 (15)摘要随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。
电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。
开关电源因其体积小、重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。
伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压 也称为直流斩波。
斩波电路主要用于电子电路的供电电源。
斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。
斩波器的工作方式有脉宽调制方式（Ts不变改变ton）和频率调制方式（ton不变改变Ts）两种。
前者较为通用，后者容易产生干扰。
本次设计要求对直流斩波电路进行Matlab仿真，得到仿真结果，并加以分析，利用Matlab的sinulink工具箱来完成仿真任务。
若想得到稳定的电压输出，要进一步研究PWM调节方式，通过施加反馈系统，得到稳定的输出电压。
关键字：降压斩波 Matlab仿真 PWM调节1 概述及设计要求1.1 概述在电力电子技术中，将直流电的一种电压值通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的变换，称为直流—直流变换。
直流变换电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其他领域的交直流电源。
直流斩波PWM控制技术是采用脉宽调制技术通过对开关管的通断的占空比的控制来达到改变输出电压的目的。
基本的拓扑结构包括降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中降压斩波电路（buck）和升压斩波电路（boost）是应用最多也是最广泛的。
根据本设计的设计指标要求，下面将对降压斩波电路进行原理图的设计及利用matlab软件进行仿真验证。
1.2 设计要求本设计要求输入200V直流电压，采用PWM斩波控制技术，得到得到0~100V直流电压。
并且建立Matlab仿真模型，对电路进行分析，得到结果并对结果进行分析。
2 降压斩波电路拓扑分析根据题目要求，本设计采用降压斩波电路进行设计，利用PWM 控制技术实现题目所要求的指标。
2.1 降压斩波器基本拓扑图1 buck 电路基本拓扑Buck 斩波电路如下图1所示，假设电路中电感L 值、电容C 值很大，当可控开关V 开通时，电源E 向负载供电，负载电压0U =E ，负载电流0i 按指数曲线上升。
当可控开关V 关闭时，负载电流经二极管VD 续流，负载电压0U 近似为零，负载电流0i 按指数曲线下降。
当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，设V 通的时间为t on ，。
V 关断的时间为off t ，则负载电压的平均值为其中T 为开关周期，a 为导通占空比。
2.2 buck 开关型调整器拓扑分析图2 buck 开关型调整器结构图0on on on off t t U E aE t t T===+对于图2所示的buck 基本拓扑，属于开环控制，实际应用中如果出现电网波动，可能造成输出电压不稳，无法正常工作。
而加入如图2-2所示的反馈调节电路，可是输出电压稳定。
反馈过程如下：采样电阻R1和R2检测出0U ，并将其输入误差放大器（EA ）与参考电压ref V 进行比较。
被放大的误差电压ea V 被输入到电压比较器PWM 中。
PWM 比较器的另一端输入是周期为T 的锯齿波，其幅值一般为3V 。
PWM 电压比较器产生矩形波脉冲（从锯齿波起点开始到锯齿波与误差放大器输出电压交点结束）。
因此，PWM 输出的脉冲宽度on T 与误差放大器输出电压成比例。
PWM 脉冲输入到电流放大器并以负反馈方式控制开关管Q1的通断。
若输入电压E 稍升高，则EA 输出电压ea V 将降低使锯齿波与ea V 交点提前，Q1导通时间on T 将缩短使输出电压0/on U ET T =维持不变，同理，当E 下降时，on T 增大，使0U 维持稳定。
2.3 降压斩波电路的重要参数计算方法2.3.1 buck 调整器的效率针对图2-2所示拓扑结构，分析buck 调整器的效率如下：电路的所有损耗只是Q1和D1的导通损耗加上Q1的交流开关损耗。
Q1导通瞬间，Q1上升电流和下降电压有重叠，会造成导通损耗。
而在Q1关断瞬间，下降电流和上升电压有重叠，会造成关断损耗。
设直流输出电流为0I ，由于在很宽的电流范围内，Q1和D1的导通压降近似为1V ，所以导通损耗可表达为若忽略交流开关损耗，则效率为此公式是用于粗略的估计buck 电路的效率，如果需要精确计算buck 电路的效率，则还需进一步的计算交流开关损耗及了解开关管的工作状态。
2.3.2 buck 调整器的理想开关频率buck 调整器的开关频率的选择问题有两面需要考虑，一方面，适当的提高开关频率，可以减小电感和电容的体积，但另一方面，因为交流损耗与开关周期T 成反比。
缩短周000(1)(1)111off on s T T P L Q L D I I I T T=+=+=000000000P fficiency=P P 11s V I V E V I I V ==+++期会使损耗增大，则开关管需要更大的散热器以限制其升温。
综上所述，开关管的开关频率不宜过高，一般在数十Hz 到数百Hz 之间。
2.3.3 输出滤波电感的选择电感的大小选取对电路的性能影响很大，它决定了buck 电路是工作在连续模式和不连续模式，对于有些带buck 型输出滤波器的拓扑会在不连续模式下出现问题。
一般设计电感值时，应保证直到输出最小规定电流的十分之一时，电感电流也保持连续。
同时要保证电感在电流稍大时不出现明显饱和。
计算公式如下：n E 为输入电压额定值，on I 为输出电流额定值2.3.4 输出滤波电容的选择图3 非理想电容等效电路图实际所用电容并非理想电容，它可以等效为电阻0R 和0L 与其串联等效，0R 称为等效串联电阻（ESR ）, 0L 称为等效串联电感（ESL ），在300KHz 一下频率0L 可以被忽略，输出纹波仅由0R 和0C 决定。
0R 决定的纹波分量与电感斜坡峰-峰值成正比，而由0C 决定的纹波分量与流过0C 电流的积分成正比。
为估算纹波分量并选择电容，必须要知道0R 的值。
一般近似认为0R 0C 的值近似为常数，为50~80⨯610-一般先假设出电阻纹波分量or V ，再由以下公式计算出0R然后根据0R 0C 的平均值（通常取65⨯610-）来求解0C ，即005()n n onE V V T L E I -=00.2or on V R I =6006510C F R -⨯=3 电路设计图4 系统结构框图3.1 buck 主电路设计图5 buck 主电路原理图降压斩波电路，电路工作在开关切换状态，所以二极管要选用快恢复二极管或肖特基二极管，本设计选用MUR8100，它的反向阻断恢复时间仅为50ns ，完全满足设计要求。
由于本设计只对电压有要求，而对电流和功率均无要求，所以对于电感和滤波电容的选取条件较为宽松，对于电感参数的确定，假设额定输出电流0I =10A ，开关频率选为50K ，则T=0.02s 则：在此选用680uH 的电感。
电容参数的设计过程如下：假设由电容等效串联电阻引起的纹波电压为100mV ，则由公式可得：005()5(200100)1000.025*******n n on E V V T L uH E I --⨯===⨯00.10.050.20.210or on V R I ===⨯60065101300C F uF R -⨯==本设计中考虑裕量，选用2000uF 的电容，且采用两个1000uF 的电容进行并联，可降低电容的等效串联电阻，进而减小由等效串联电阻引起的纹波。
3.2 脉宽调制电路设计图6 脉宽调制电路设计本设计选用TL494作为脉宽调制电路的主要芯片，TL494是一种固定频率脉宽调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可以通过外部的一个电阻和一个电容进行调节。
此外内部集成了两个误差放大器，功率输出管Q1和Q2受控于或非门。
当双稳触压器的时钟信号为低电平时才会被通过，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。
当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。
如图6所示电路，TL494共有两个误差放大器，当只使用其中一个时，要将另一个误差放大器的反相输入端引脚接高电平，同相输入端引脚接低电平，这样可将此误差放大器屏蔽掉，避免影响工作的误差放大器。
（因为两个误差放大器连接方式为输出端接二极管后相连的结构）。
此外，在本设计中， 利用5R 、3R 、6C 与误差放大器构成PI 调节器， 可以进一步减小输入电压与参考电压的偏差，更好地起到输出电压追踪参考电压的作用。
工作过程为：设置参考电压，将采样回来的电压与参考电压输入误差放大器，误差放大器输出的偏差电压与振荡器产生的锯齿波进行比较，不同的偏差电压与锯齿波的交点不同，这样就形成了不同占空比的PWM 波用于驱动开关管，偏差电压越小，则占空比越大，形成负反馈调节，维持输出电压稳定。