侯成成PWM可逆直流调速系统matlab仿真报告

本科生课程论文

课程名称运动控制系统

学院机自学院

专业电气工程及其自动化学号 ********

学生姓名侯成成

指导教师杨影

分数

《运动控制系统仿真》课程设计

——PWM直流单闭环调速系统的动态建模与仿真一、课程设计的目的及任务

《运动控制系统》是自动化专业的一门主干专业课程，在该课程学习中单独安排了1周的控制系统仿真课程设计。其目的是要求学生针对某个电机控制系统功能模块或整个控制系统进行设计与实现，使学生能进一步加深对课堂教学内容的理解，了解典型的电机控制系统基本控制原理和结构，掌握基本的调试方法，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和工程实践能力，并初步培养实事求是的工作作风和撰写科研总结报告的能力。

二、课程设计的基本要求

《运动控制系统》被控对象是交、直流电动机，能量转换是由电力电子器件构成的变换器，微机构成控制器。因此控制系统仿真课程设计学生应掌握以下基本内容：

（1）交、直流电动机；

（2）电力电子变换器；

（3）微机控制器；

（4）转速、电流等检测电路；

（5）输入输出转换电路、调理电路和功放电路等。

三．课程设计的内容及基本要求

1．设计内容

（1）设计系统各单元电路和主控电路；

（2）分析并测定系统各环节的输入输出特性及其参数，调试各单元电路；

（3）系统性能分析与程序设计；

（4）系统校正，修正系统静、动态性能。

2. 控制对象参数

直流电动机：型号为Z4-132-1，额定电压V，额定电流A，额定转速为2610

r/min ，反电动势系数=0.1459 Vmin/r ，允许过载倍数=1.5；PWM 变换器开关频率：8KHz ，放大系数：=107.5；(538/5=107.5)，直流母线电压为538V 。电枢回路总电阻： ；时间常数：电枢回路电磁时间常数=0.0144s ，电力拖动系统机电时间常数=0.18s ；转速反馈系数()；对应额定转速时的给定电压。

3．设计要求

（1）在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。其中PWM 变换器利用给出的PWM 控制器模块和simulink/Powersystem 工具包中的功率封装模块搭建，不能直接利用传递函数建模。比例积分调节器进行积分和输出限幅，输出限幅值为+5和-5。

（2）给出采用比例调节器7p K =、比例积分调节器时7p K =， 空载起动到额定转速的转速波形，并就稳态静差和动态性能进行对比分

析说明原因。

（3）给出采用比例积分调节器时7p K =，

的转速、电流、电枢电压波

形，分析空载起动过程中电流过流原因，请给出解决过流问题的方法。

在4s 突加40%额定负载，给出仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出），并加载过程中波形变化加以分析，比较加载前后稳态转速，说明原因。

四．PWM 直流调速系统简介

1.PWM 调速原理

可逆PWM 变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H 形）电路，如

图1所示，电动机M 两端电压AB U 的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改

变。

双极式控制可逆PWM 变换器的四个驱动电压的关系是：1423g g g g U U U U ==-=-。在一个开关周期内，当0≤t

流id 沿回路1流通；当on t ≤t

AB S U U =-。因此，AB U 在一个周期内具有正负相间的脉冲波形，这是双极式称

的由来。

1107=τ1107

=τ

图1.双极式控制可逆PWM变换器

由于ACR 输出的数值在-10~10 之间，为使ACR 输出的数值同PWM 发生器输入信号相对应，在ASR 输出端加了一个Gain 模块，参数为0.1。这样，当ASR 输出限幅10 时，PWM 输入端为1，占空比为1；当ASR 输出限幅为-10 时，PWM 输入端为-1，占空比为0。

五．Matlab仿真设计

1.PWM可逆直流调速系统仿真模型

K=的PWM可逆直流调速系统仿真模型如图所示。

1.1 比例调节器7

p

K=的PWM可逆直流调速系统仿真结果

1.2比例调节器7

p

当给定值为10时，转速、电流、电枢电压波形形分别如下：

1107=τ1107=τ

1.3比例积分调节器时7p K =， 的PWM 可逆直流调速系统仿真模型如示。

1.4比例积分调节器时7p K =， 的PWM 可逆直流调速系统仿真仿真结果

如示。

当给定值为10时，当给定值为10时，转速、电流、电枢电压波形形分别如下：

1.3 仿真结果分析

比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化。

比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。积分调节器到稳态时ΔUn =0，只要历史上有过ΔUn ，其积分就有一定数值，足以产生稳态运行所需要的控制电压。

PI控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点。

1107=τ1107=τ比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。

2.单闭环PWM 可逆直流调速系统仿真模型

2.1单闭环PWM 可逆直流调速比例积分调节器时7p K =，

系统仿真模型如

2.2单闭环环PWM 可逆直流比例积分调节器时

7p K =，调速系统仿

真结果

当给定值为10时，转速、电流、电枢电压波形形分别如下：