【正文】 同時(shí)在對電路設(shè)計(jì)的過程中，鞏固了我的專業(yè)課知識，使自己受益匪淺。 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。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。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。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。(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。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。(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。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。這類系統(tǒng)由靜止可控整流器供電。(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。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)。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。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。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。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。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)。(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。2％范圍之內(nèi)所需的時(shí)間，定義為恢復(fù)時(shí)間。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)。 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)。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。 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。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。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。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)。最后，通過計(jì)算機(jī)仿真軟件MATLAB軟件對三個(gè)常見系統(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。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，凝聚著許多人的關(guān)懷和幫助。 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(shí)間只導(dǎo)通一個(gè)，另一個(gè)關(guān)斷；由于沒有限流裝置，所以啟動(dòng)電流很大；在電機(jī)處于電動(dòng)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。第4章 MATLAB環(huán)境下直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) buck電路的設(shè)計(jì)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(gè)二極管起續(xù)流作用，再加上LC低通濾波電路組成Buck電路 。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(dòng)機(jī)的輕載電動(dòng)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(shí)刻。該電路設(shè)置了兩個(gè)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。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。通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波。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。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(shí)，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(shí)的一個(gè)普遍規(guī)律。(2)快速、穩(wěn)定的運(yùn)行。由電機(jī)學(xué)基本理論可知，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性方程式為: （21）Φ—?jiǎng)?lì)磁磁通；由上式可見，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案可有以下三種。(4)，并可以用其它數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理。它對科學(xué)技術(shù)的幾乎一切領(lǐng)域，特別是對數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析、人工智能以及自動(dòng)控制等方面產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。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(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。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(jì)提供了理論依據(jù)。這種方法簡單易行，設(shè)備制造方便，加個(gè)低廉。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。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(jì)，并運(yùn)用計(jì)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(jì)電路的仿真結(jié)果；最后對全文進(jìn)行了總結(jié)。圖22弱磁調(diào)速特性曲線弱磁調(diào)速的特點(diǎn)：(1)勵(lì)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(shí)現(xiàn)“基速”上調(diào)的無級調(diào)速。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)，主要是指最低轉(zhuǎn)速時(shí)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)