【正文】 統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與仿真，通過對仿真后得出的波形的觀測與分析，進(jìn)一步論證了直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的一些特性，明確了直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢。在電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)：電樞電壓為正，電樞反向電流增大；電樞電壓為負(fù)，電樞反向電流減小。第五章 仿真結(jié)果與分析 buck電路仿真結(jié)果與分析經(jīng)過仿真，獲得仿真圖形：流經(jīng)IGBT開關(guān)的電流波形：圖51 IGBT開關(guān)電流波形電感電流波形：圖52 電感電流波形二極管電流波形：圖53 二極管電流波形RC支路電壓V波形：圖54 RC支路電壓V波形四種波形比較1（占空比為50%）：圖55 占空比為50%時(shí)四種波形比較四種波形比較2（占空比25%）：圖56 占空比為25%時(shí)四種波形比較四種波形比較3（占空比75%）：圖57 占空比為50%時(shí)四種波形比較由圖可知：當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，上升到最大值，電感電流也跟著達(dá)到最大值，仿真結(jié)果分析：(1)二極管反向電流為0；當(dāng)二極管關(guān)斷時(shí)，主電路不導(dǎo)通，為0，電感電流 減小，但不能遞變到0，二極管反向電流達(dá)到最大值，直到二極管再次導(dǎo)通，周而復(fù)始，做類似周期性活動(dòng)。負(fù)載并聯(lián)LRC，設(shè)置參數(shù)：R=50Ω，C=3e6F；平波電感串聯(lián)LRC，參數(shù)設(shè)置為148e5H。在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為PWM的控制電壓。到了期間，VT2關(guān)斷，又沿回路4經(jīng)VD1續(xù)流，到時(shí)衰減到零，VT1在作用下因反壓而導(dǎo)通，電樞電流再次改變方向?yàn)檠鼗芈?經(jīng)VT1流通。但是由于慣性，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和反電動(dòng)勢E來不及立刻變化，因而出現(xiàn)的情況。 圖35(b)繪出了穩(wěn)態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞的脈沖端電壓、平均電壓和電樞電流的波型。(1)不可逆PWM變換器：分為無制動(dòng)作用和有制動(dòng)作用兩種。圖34 雙極性PWM控制方式波形(2)提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)直流電壓利用率——逆變電路輸出交流電壓基波最大幅值和直流電壓之比。調(diào)制信號波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的PWM波。 PWM逆變電路及其控制方法目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)也是周期性的。圖28 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系本章主要介紹了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的分類與幾種調(diào)速方法，并在此基礎(chǔ)上簡要說了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和調(diào)速指標(biāo)；同時(shí)，介紹了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中常用的幾種閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，為后面的仿真設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。假定電流增加量大于電流減小量，則一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感為： （213）磁鏈增量為：2％范圍之內(nèi)所需的時(shí)間，定義為恢復(fù)時(shí)間。(3)快速性。(3)電機(jī)拖動(dòng)恒功率負(fù)載時(shí)，為常數(shù)；弱磁調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩滿足： （23） （24）電機(jī)的電磁功率為: （25）如果電機(jī)拖動(dòng)恒功率負(fù)載，即： （26）弱磁調(diào)速雖然能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，但其調(diào)速范圍太小，特性較軟，因而只是在額定轉(zhuǎn)速以下作小范圍升速時(shí)才采用。圖21調(diào)阻調(diào)速特性曲線電樞串電阻調(diào)速的特點(diǎn)：(1)R=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于固有機(jī)械特性的“基速”上，隨著串入電阻的增加，轉(zhuǎn)速降低——串電阻調(diào)速從“基速”下調(diào)。根據(jù)所用可控直流電源的不同可將直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分為以下三類：(1)GM系統(tǒng)。(6)以框圖形式對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真是SIMULINK的最早功能，后來在SIMULINK的基礎(chǔ)上又開發(fā)了數(shù)字信號處理、通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、模糊控制等十種模型庫，但是SIMULINK的窗口界面是其他工具箱公用的平臺，在此平臺上可以進(jìn)行控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等各種系統(tǒng)的仿真。SIMULINK的出現(xiàn)，更使得以MATLAB為控制系統(tǒng)的仿真與其在CAD中的應(yīng)用打開了嶄新的局面。當(dāng)我們的計(jì)算涉及矩陣運(yùn)算或畫圖時(shí)，利用FORTRAN和C語言等計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很麻煩的工作。從80年代中后期起，晶閘管整流技術(shù)成為了主流，同時(shí)，控制電路實(shí)現(xiàn)了高集成化、小型化、高可靠性及低成本。電氣調(diào)速就是在同一負(fù)載下，人為地改變電動(dòng)機(jī)的電氣參數(shù)，使轉(zhuǎn)速得到控制性的改變。關(guān)鍵詞: 調(diào)速，PWM控制，直流電動(dòng)機(jī)，仿真AbstractIn the electric drive system, The DC Driving System which adjusts voltage is the widest used in the speed control methods. Besides to use the thyristor rectifier to adjust DC voltage, also it could use the other power electronic ponents’ controlled performance. Using pulse width modulation technology. Directly to modulate the constant DC voltage into variablepolarity, size adjustable DC voltage. to achieve the smooth regulation of the dc motor voltage,constituting a DC motor PWM speed control system. In this paper, it primarily discusses the basic concepts of the DC motor speed control system describing the concept of DC motor speed control, and on this basis it systematically introduces the type, design requirements and speed indicators of DC motor speed control system, also giving an overview of the stepdown chopper circuit works. In the DC motor speed control system, PWM System status can not be ignored. This article has selectively discussed the pulse width speed control techniques providing a theoretical basis for the simulation later. Been to study the theory, this paper highlights the form ,the working principle and parameter settings of the designed circuit of the buck chopper , the DC PWM system with the negative feedback loop speed control system and Hbridge circuit in matlab environment. Finally making use of simulation tool of the MATLAB Simulink and using the simulation technology of the electrical schematic diagram, we severally make the simulation to them, and analysis the simulation results obtained. Keywords: speed regulation, PWM control, DC motor, simulation目 錄基于斬波技術(shù)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 1第1章 緒論 1 1 1 2 2： 2 SIMULINK環(huán)境： 2 3 4第2章 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 5 5 5 5 6 8 8 8 性能指標(biāo)： 8 10 buck電路基本結(jié)構(gòu) 10 buck電路基本規(guī)律 10 12 14第3章 基于斬波技術(shù)的直流調(diào)速系統(tǒng) 15 PWM控制技術(shù) 15 PWM控制的基本原理 15 PWM逆變電路及其控制方法 16 PWM變換器 19 23 24第4章 MATLAB環(huán)境下直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 buck電路的設(shè)計(jì)與MATLAB仿真 24 27 H橋電路的設(shè)計(jì)與MATLAB仿真 31 34第五章 仿真結(jié)果與分析 36 buck電路仿真結(jié)果與分析 36 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)電路仿真結(jié)果與分析 40 H橋電路仿真結(jié)果與分析 42 46總結(jié)和展望 47參考文獻(xiàn) 48致 謝 49附 錄 50基于斬波技術(shù)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)第1章 緒論 直流電機(jī)是實(shí)現(xiàn)直流電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的電力機(jī)械，按照用途可以分為直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)兩類。本文主要討論了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的一些基本概念，明確了直流電機(jī)調(diào)速的概念，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)地描述了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的類別以及它的設(shè)計(jì)要求與調(diào)速指標(biāo)，同時(shí)概要地介紹了降壓斬波電路的工作原理。直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的無級調(diào)速特性，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；過載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載；能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中各種特殊運(yùn)行的要求。而因負(fù)載變化引起的轉(zhuǎn)速變化則是自動(dòng)進(jìn)行的，電動(dòng)機(jī)工作在同一種機(jī)械特性上。計(jì)算機(jī)仿真，是借助高速、大存儲(chǔ)量數(shù)字計(jì)算機(jī)及相關(guān)技術(shù)，對復(fù)雜真實(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行過程或狀態(tài)進(jìn)行數(shù)字化模擬的技術(shù)。目前的MATLAB已經(jīng)成為國際上最為流行的軟件之一，它除了傳統(tǒng)的交互式編程外，還提供了豐富可靠的矩陣運(yùn)算、圖形繪制、數(shù)據(jù)處理、圖像處理、方便的Windows編程等便利工具，出現(xiàn)了各種以MATLAB為基礎(chǔ)的實(shí)用工具箱，廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制、圖像信號處理、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理、雷達(dá)工程、信號分析、振動(dòng)理論、時(shí)序分析與建模、化學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，并表現(xiàn)出一般高級語言難以比擬的優(yōu)勢。(2)畫完系統(tǒng)框圖，設(shè)置好仿真參數(shù)，即可啟動(dòng)系統(tǒng)仿真。本文將對這一技術(shù)進(jìn)行比較系統(tǒng)的介紹與總結(jié)，明確直流斬波技術(shù)對生產(chǎn)實(shí)踐的應(yīng)用，發(fā)覺出直流脈寬調(diào)制技術(shù)的優(yōu)勢。這類系統(tǒng)由靜止可控整流器供電。(4)串電阻調(diào)速時(shí)，電機(jī)工作于一組機(jī)械特性上，各條特性經(jīng)過相同的理想空載點(diǎn)，而斜率不同。與串電阻調(diào)速相比較，降低電源電壓調(diào)速在低速范圍運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性要好得多。在設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，通常視為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。(3)一個(gè)周期內(nèi)電容充電電荷高于放電電荷時(shí)，電容電壓升高，導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷減小、放電電荷增加，使電容電壓上升速度減慢，這種過程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡，此時(shí)電壓維持不變；反之，如果一個(gè)周期內(nèi)放電電荷高于充電電荷，將導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷增加、放電電荷減小，使電容電壓下降速度減慢，這種過程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡，最終維持電壓不變。 這也是電力電子電路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的又一個(gè)普遍規(guī)律。沖量是指窄脈沖的面積；效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同，低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。SPWM波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形。(1)計(jì)算法和調(diào)制法1計(jì)算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形。負(fù)半周，讓保持通，保持?jǐn)?，和交替通斷，可得和零兩種電平。這個(gè)值是比較低的，其原因是正弦調(diào)制信號的幅值不能超過三角波幅值。電容C的作用是濾波，二極管VD在電力晶體管VT關(guān)斷時(shí)為電動(dòng)機(jī)電樞回路提供釋放電儲(chǔ)能的續(xù)流回路。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)平均電流就為正值，電流分為兩段變化：在期間，為正，VT1飽和導(dǎo)通；為負(fù)，VT2截止。在（也就是）期間，因變負(fù)，VT2截止，只能沿回路4經(jīng)二極管VD1續(xù)流，對電源回饋制動(dòng)，同時(shí)在VD1上產(chǎn)生的壓降使VT1承受反壓而不能導(dǎo)通。 可逆PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式有T型和H型兩種，其基本電路如圖37所示，圖中(a)為T型PWM變換器電路，(b)為H型PWM變換器電路。在檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)速環(huán)則是采用了測速電機(jī)進(jìn)行檢測，達(dá)到了比較理想的檢測效果。(1)原理圖：圖43 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理圖(2)建立仿真模型：圖44 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的仿真電路圖仿真參數(shù)：220V交流電壓源，10F電容，220V直流電壓源；算法為ode45，開始仿真時(shí)間為0，結(jié)束仿真時(shí)間為4。 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)電路仿真結(jié)果與分析經(jīng)過仿真，獲得仿真波形：轉(zhuǎn)速波形：圖58 轉(zhuǎn)速波形圖電樞電流波形：圖59 電樞電流波形圖轉(zhuǎn)速與電樞電流波形比較：圖510 轉(zhuǎn)速與電樞電流波形比較圖電樞電壓波形：圖511 電樞電壓波形圖仿真結(jié)果分析：由于系統(tǒng)中沒有限流措施，啟動(dòng)電流很大。總結(jié)和展望本文主要利用MATLAB對降壓斬波電路、直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)和H橋