PWM控制与实现.doc

目录
第一章设计任务 1
第二章单闭环直流调速系统简介 2
. 控制要求 2
直流电动机的调速方案 2
开环系统机械特性和闭环系统静特性 3
第二章可逆PWM变换器 6
PWM控制技术的基本原理 6
6
第四章控制器的设计 10
PI调节器的设计 10
第五章动态模型和稳定性分析 12
12
第六章仿真 18
设计总结 22
参考文献 23
第一章设计任务
郑州航空工业管理学院
机电工程学院
电气工程及其自动化专业 11级
电力拖动自动控制系统
课程设计
指导教师:孙标
设计任务:设计一个转速单闭环PWM直流拖动系统。
设计要求:
自主选择一款直流电动机。
选择测速发电机,设计反馈环节。
要求:电路设计、参数计算
设计UPE环节,要求:
给出PWM桥式变换电路(要求用全控型器件)主回路原理图
给出该环节传递函数
选择一款运算放大器,设计PI调节器,给出原理图。不要求电阻、电容的具体参数;明确说明你所采用的直流电源是多少伏;要求具有限幅电路及其设计参数,说明你所设计的电路饱和时的输出值。
设计电流截止负反馈环节,给出原理图,计算相关参数。
说明:要求将电流反馈信号引入PI调节器的输入端,与给定值进行比较,而不是直接将PI调节器的反馈回路短路。
给出系统静特性结构框图以及动态结构框图。
说明:能够计算得到的数据都应当计算出来,例如UPE环节的放大系数、时间常数、电枢回路的电磁时间常数等,并在框图内标明。
7. 绘出静特性曲线。
说明:要考虑电流截止负反馈发生作用时的静特性。
8. 估算转速反馈系数。
第二章单闭环直流调速系统简介
. 控制要求
在现代化工业生产中,生产机械都不停地运动着,几乎无处不使用电力传动装置。由于各种不同的生产机械运动规律不一样,对传动装置性能的要求也不一样。为了提高产品质量,增加产量,提高生产效率,越来越多的生产机械要求能实现转速调节与相应的自动化控制,并且对电力传动装置的拖动性能要求也越来越高。
(1)调速——在一定的最高转速和最低转速范围内,分档地(有级)或平滑地(无级)调节转速;
(2)稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行,在各种干扰下不允许有过大的转速波动,以确保产品质量;
(3)加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快,以提高生产率;不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起,制动尽量平稳。
直流电动机的调速方案
由电机学基本理论可知,直流电动机转速特性方程式为:
()
由上式可见,直流电动机调速方案可有以下三种。
(1)改变电枢回路总电阻,总电阻越大,特性线斜率越大,机械特性越软。若负载转矩对应所需的电枢电流为,则负载大小不变时总电阻越大,转速越低。由于电阻耗能大,机械特性软,调速范围窄,不能实现无级平滑调速,只用于一些要求不高的场合。
(2)减弱电机励磁磁通,普通电动机在额定磁通下运行,铁芯已接近饱和,不能再增加磁通而只能减小。减小,增大,特性线斜率也增大。弱磁调速虽然能实现平滑调速,但其调速范围太小,特性较软,因而只是在额定转速以上作小范围升速时才采用。
(3)改变电动机端电压调速时,额定励磁保持不变,理想空载转速随减小而减小,各特性线斜率不变,由此可实现额定转速以下大范围平滑调速,并且在整个调速范围内机械特性硬度不变。这种方法在直流电力拖动系统中被广泛采用。
变电压调速要有可调的直流电源。根据供电电源的种类分两种情况:一是采用可控硅变流装置,将交流电转变为可调的直流电。二是采用直流斩波器,将交流电通过整流提供直流电源,实现脉冲调压调速。随着电力电子全控器件的成熟,采用全控电力晶体管IGBT、MOSFET等全控式电力电子器件组成的直流脉宽调制(PWM)型的调速系统近年来已发展成熟,用途越来越广。
第一个指标为调速范围,它是拖动系统在额定负载转矩时能够提供给生产机械的最高转速与最低转速之比。
()
另一个指标为静差率,它是电动机由理想空载到额定负载时的转速降与理想空载转速之比。
()
它表示负载变化引起调速系统的转速偏离原定转速的程度。系统的调速特性越硬,越小,说明系统的稳定性能越好。另外,转速越低,静差率越大,故调速系统静差率指标以最低转速对应的数值为准。在考虑生产机械对转速相对性(即静差率)的要求后,电动机最低转速受到了限制,也即调速范围受到限制。采用降压调速时,调速范围、静差率及转速降三者关系为:
()
开环系统机械特性和闭环系统静特性
闭环调速系统的给定作用和扰动作用
在这里为了分析