【正文】 械特性。盡快地加、減速，縮短起、制動時間。 buck電路基本結(jié)構(gòu)圖24buck電路原理圖 buck電路基本規(guī)律 Buck電路的基本規(guī)律是：(1)從電路可以看出，電感L和電容C組成低通濾波器，此濾波器設(shè)計的原則是使的直流分量可以通過，而抑制的諧波分量通過；電容上輸出電壓就是的直流分量再附加微小紋波ripple(t)。第3章 基于斬波技術(shù)的直流調(diào)速系統(tǒng)PWM(Pulse Width Modulation)控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合。結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對調(diào)制法進(jìn)行說明：設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時和通斷互補(bǔ)，和通斷也互補(bǔ)。提高直流電壓利用率可提高逆變器的輸出能力；減少器件的開關(guān)次數(shù)可以降低開關(guān)損耗。如圖35所示為無制動作用的簡單不可逆PWM變換器主電路原理圖，其開關(guān)器件采用全控型的電力電子器件。由圖可見，電流脈動，其平均值等于負(fù)載電流: （32）（——負(fù)載轉(zhuǎn)矩， ——直流電動機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩電流比）。這時電力晶體管VT2能在電動機(jī)制動中起作用。在一個開關(guān)周期內(nèi)，VTVDVTVD1這四個電力電子開關(guān)器件輪流導(dǎo)通，其電流波形示圖36(d)。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計。斬波器選擇通用橋臂，功率器件選擇IGBT；脈沖發(fā)生器模塊，周期參數(shù)設(shè)置為1e4。(2)改變占空比后，波形略有改變，但仍遵循上面第一條分析結(jié)果；但占空比改變后，輸出電壓的穩(wěn)定值相應(yīng)改變，當(dāng)占空比大時，輸出電壓穩(wěn)定值大，當(dāng)占空比小時，輸出電壓穩(wěn)定值小。電機(jī)制動期間，轉(zhuǎn)速減小直至反轉(zhuǎn)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩一直減小直到保持某一負(fù)值到制動結(jié)束。本次設(shè)計活動，加強(qiáng)了我對相關(guān)知識的掌握，使我對設(shè)計過程有了全面地了解。非常感謝我的同學(xué)們，在與他們共同的學(xué)習(xí)、工作、生活過程中，他們給予了我及時的幫助和建議，開拓了我的思路。參考文獻(xiàn)[1]陳伯時,2010[2]王兆安,黃俊,2007[3]周淵深,2007[4]胡敏強(qiáng),2009[5]楊興瑤,2009 [6]許暢,:華北電力大學(xué),2006[7]張曉東,:華北電力大學(xué),2010 [8]陳長生,:湖北大學(xué),2008[9]景天紅,:新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校,2009 [10]王忠禮,:清華大學(xué)出版社,2007 [11] YenShin Lai. 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Lai, “Control technique for brushless DC motor drives,” J. of Electrical Monthly,Vol. 169, pp. 234241, Nov., 2004.致 謝大學(xué)生活即將結(jié)束，為期一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計也接近尾聲。因調(diào)壓調(diào)速可實現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以下大范圍平滑調(diào)速，并且在整個調(diào)速范圍內(nèi)機(jī)械特性硬度不變，這種方法在直流電力拖動系統(tǒng)中被廣泛采用。電機(jī)在制動狀態(tài)下，電樞電壓仍然分正、負(fù)期間：在正期間，反向電流增大；在負(fù)期間，反向電流減小，同時，在制動狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速一直下降，直至達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。 H橋電路的設(shè)計與MATLAB仿真(1)H橋電路原理圖：圖45 H橋電路原理圖(2)建立仿真模型：圖46 H橋仿真電路圖參數(shù)設(shè)置：220V與300V直流電壓源，算法為ode23，開始仿真時間為0，結(jié)束仿真時間為1，相對誤差為1e4。本章主要介紹了PWM控制的原理，并在此基礎(chǔ)上介紹了常用的逆變電路的一些理論知識；同時，還簡單介紹了幾種常見的PWM變換器以及由它組成的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本組成。H型電路是實際上廣泛應(yīng)用的可逆PWM變換器電路，它由四個可控電力電子器件（以下以電力晶體管為例）和四個續(xù)流二極管組成的橋式電路，這種電路只需要單極性電源，所需電力電子器件的耐壓相對較低，但是構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的電動機(jī)電樞兩端浮地。反向電流的制動作用使電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，直到新的穩(wěn)態(tài)。在期間，和改變極性，VT1截止，原方向的電流沿回路2經(jīng)二極管VD2續(xù)流，在VD2兩端產(chǎn)生的壓降給VT2施加反壓，使VT2不可能導(dǎo)通。 圖36(a)所示為具有制動作用的不可逆PWM變換電路。在一個開關(guān)周期T內(nèi)，當(dāng)時，為正，VT飽和導(dǎo)通，電源電壓通過VT加到電動機(jī)電樞兩端；當(dāng)時，為負(fù)，VT截止，電樞失去電源，經(jīng)二極管VD續(xù)流。 PWM變換器脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。正半周，保持通，保持?jǐn)?，?dāng)時使通，斷，當(dāng)時使斷，通。2調(diào)制法以輸出波形作調(diào)制信號，進(jìn)行調(diào)制得到期望的PWM波。等幅PWM波和不等幅PWM波：由直流電源產(chǎn)生的PWM波通常是等幅PWM波；輸入電源是交流，得到不等幅PWM波。其輸出電流對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形如圖32b所示。圖25 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 （215）它相當(dāng)于在測速反饋電位器輸出端把反饋回路斷開后，從放大器輸入起直到測速反饋輸出為止總的電壓放大系數(shù)，是各環(huán)節(jié)單獨(dú)的放大系數(shù)的乘積。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)，主要是指最低轉(zhuǎn)速時的靜差率，如下式所示： (29)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中D、S和的關(guān)系： (210)(2)動態(tài)指標(biāo):1跟隨性能指標(biāo)（單位階躍響應(yīng)）:穩(wěn)定性——超調(diào)量 （211）快速性——上升時間過度過程時間——調(diào)節(jié)時間2抗繞性能指標(biāo)：系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時，突加一定數(shù)值的擾動后所引起的輸出量的最大變化，用原穩(wěn)態(tài)值輸出的百分?jǐn)?shù)表示，叫做最大動態(tài)變化量。直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的要求有：(1)調(diào)速。圖22弱磁調(diào)速特性曲線弱磁調(diào)速的特點(diǎn)：(1)勵磁回路所串的調(diào)節(jié)電阻的損耗很小，可借助于連續(xù)調(diào)節(jié)值，實現(xiàn)“基速”上調(diào)的無級調(diào)速。這類系統(tǒng)由直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器供電。第一章主要概述了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及仿真軟件的介紹；第二章介紹了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、降壓斬波電路和閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論知識；第三章介紹了PWM控制技術(shù)及對PWM變換器進(jìn)行了描述；第四章在MATLAB環(huán)境下對基于PWM控制技術(shù)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，并運(yùn)用計算機(jī)仿真軟件對其進(jìn)行了仿真研究；第五章主要分析了設(shè)計電路的仿真結(jié)果；最后對全文進(jìn)行了總結(jié)。(3)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)可以通過波形和曲線觀察，這和實驗室中用示波器觀察的效果幾乎一致。但因其名字與著名的軟件SIMULA類似，所以在1992年正式改名為SIMULINK。：電子計算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的巨大成就之一。這種方法簡單易行，設(shè)備制造方便，加個低廉。由于直流電動機(jī)具有這些優(yōu)點(diǎn)，故常應(yīng)用于對啟動和調(diào)速有較高要求的場合，如大型可逆式軋鋼機(jī)、賓館高速電梯、龍門刨床、電力機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車、城市電車、地鐵列車、電動自行車、造紙和印刷機(jī)械、船舶機(jī)械、大型精密機(jī)床和大型起重機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械中，是機(jī)電行業(yè)人員的重要工作對象之一。本文有選擇性地對脈寬調(diào)速控制技術(shù)進(jìn)行了探討，為之后的仿真電路的設(shè)計提供了理論依據(jù)。進(jìn)過理論方面的學(xué)習(xí)后，本文著重介紹了在MATLAB環(huán)境下設(shè)計的斬波電路中的buck斬波電路、帶轉(zhuǎn)速閉環(huán)負(fù)反饋的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)以及H橋式電路的組成、工作原理、和參數(shù)設(shè)置。在現(xiàn)代工業(yè)中，由于生產(chǎn)機(jī)械在不同的工作情況下，要求有不同的運(yùn)行速度，因此需要對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)調(diào)速。它對科學(xué)技術(shù)的幾乎一切領(lǐng)域，特別是對數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、人工智能以及自動控制等方面產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。此軟件有兩個明顯的功能：仿真與連接，亦即可以利用鼠標(biāo)器在模型窗口上畫出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用該軟件提供的功能來對系統(tǒng)直接進(jìn)行仿真。(4)，并可以用其它數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理。 本章主要介紹了直流電機(jī)調(diào)速的概念與直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況；同時，簡要介紹了仿真軟件MATLAB，明確了計算機(jī)仿真的意義與本文研究工作的主要內(nèi)容。由電機(jī)學(xué)基本理論可知，直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速特性方程式為: （21）Φ—勵磁磁通；由上式可見，直流電動機(jī)調(diào)速方案可有以下三種。(2)弱磁調(diào)速由于受到換相能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，轉(zhuǎn)速不能過高。(2)快速、穩(wěn)定的運(yùn)行。穩(wěn)態(tài)誤差：恢復(fù)時間：從階躍擾動作用開始，到輸出量基本上恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，與新穩(wěn)態(tài)值誤差（或進(jìn)人某個規(guī)定的基準(zhǔn)值）的177。這種過程是電容上電壓調(diào)整的過渡過程，在電路穩(wěn)態(tài)工作時，電路達(dá)到穩(wěn)定平衡，電容上充放電也達(dá)到平衡，這是電路穩(wěn)態(tài)工作時的一個普遍規(guī)律。電動機(jī) 放大系數(shù)為： （216）只考慮擾動作用時的閉環(huán)系統(tǒng)：圖27 =0時 （217）如果斷開反饋回路，則上述系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性為： （218）而閉環(huán)時的靜特性可寫成： （219）其中和分別表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速，和分別表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。從波形可以看出，在的上升段，的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。1PWM電流波：電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制，得到的就是PWM電流波。通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波。負(fù)半周，保持?jǐn)啵３滞?，?dāng)時使通，斷，當(dāng)時使斷，通，虛線表示的基波分量。PWM變換器有不可逆和可逆兩類，可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。電動機(jī)電樞兩端的平均電壓為 （31）式中，——PWM電壓的占空比，又稱負(fù)載電壓系數(shù)。該電路設(shè)置了兩個電力晶體管VT1和VT2，形成兩者交替開關(guān)的電路，提供了反向電流通路。因此，電動機(jī)工作在電動狀態(tài)時，一般情況下實際上是電力晶體管VT1和續(xù)流二極管VD2交替導(dǎo)通，而VT2則始終不導(dǎo)通，其電壓、電流波型如圖36（b）所示，與圖35沒有VT2的情況完全一樣。圖36 不可逆PWM變換電路波形這種電路構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)還存在一種特殊情況，即在電動機(jī)的輕載電動狀態(tài)中，負(fù)載電流很小，在VT1關(guān)斷后（即期間）沿回路2經(jīng)VD2的續(xù)流電流很快衰減到零，如在圖36（d）中的期間的時刻。系統(tǒng)主要由信號發(fā)生電路、PWM速度控制電路、電機(jī)驅(qū)動電路等幾部分組成。第4章 MATLAB環(huán)境下直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 buck電路的設(shè)計與MATLAB仿真(1)buck電路原理圖：用IGBT作為電路的控制開關(guān)，用一個二極管起續(xù)流作用，再加上LC低通濾波電路組成Buck電路 。脈沖信號發(fā)生器參數(shù)：階躍信號發(fā)生器參數(shù)：: 直流電機(jī)參數(shù)：IGBT開關(guān)參數(shù)： 續(xù)流二極管參數(shù)： 當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。 H橋電路仿真結(jié)果與分析經(jīng)過仿真，獲得仿真結(jié)果： IGBT開關(guān)電流波形：圖512 IGBT開關(guān)電流波形圖二極管電流：圖513 二極管電流圖IGBT開關(guān)與二極管電流比較：圖514 IGBT開關(guān)與二極管電流比較圖轉(zhuǎn)速波形：圖515 轉(zhuǎn)速波形圖電樞電流波形：圖516 電樞電流波形圖轉(zhuǎn)速、電樞電流與負(fù)載轉(zhuǎn)矩波形比較：圖517轉(zhuǎn)速、電樞電流與負(fù)載轉(zhuǎn)矩波形比較仿真結(jié)果分析：由圖可知：IGBT與Diode二極管兩者在同一時間只導(dǎo)通一個，另一個關(guān)斷；由于沒有限流裝置，所以啟動電流很大；在電機(jī)處于電動狀態(tài)：電樞電壓為正，電樞電流增大；電樞電壓為負(fù)，電樞電流減小到某一值并保持到這一期間結(jié)束。在此基礎(chǔ)上，簡要介紹了閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，例如單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理與啟動特性。此次畢業(yè)設(shè)計的完成，凝聚著許多人的關(guān)懷和幫助。在此，我再一次對趙紅老師的培養(yǎng)和關(guān)懷表示誠摯的謝意！感謝其他任課老師們，他們不但在大學(xué)四年中指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)和生活，而且在完成論文期間給我許多幫助和建議，他們兢兢業(yè)業(yè)、對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度為我做出了好的表率，時刻鞭策著我向他們學(xué)習(xí)。最后，通過計算機(jī)仿真軟件MATLAB軟件對三個常見系