畢業(yè)論文-基于pwm控制的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及matlab仿真(編輯修改稿)
2025-07-22 14:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)：圖27c =0時(shí) （27）由于已認(rèn)為系統(tǒng)是線性的，可以把二者疊加起來即得系統(tǒng)的靜特性方程式：如果斷開反饋回路，則上述系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性為 （29）而閉環(huán)時(shí)的靜特性可寫成 （210）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。 （215）按理想空載轉(zhuǎn)速相同的情況比較，則 = 時(shí)： （216）如調(diào)制的輸出電壓，使系統(tǒng)工作在新的機(jī)械特性上，因而轉(zhuǎn)速有所回升，速度降落降低。由此看來，閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降。圖28 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性圖211雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和這時(shí)，ASR 輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)兩段實(shí)際上都略有很小的靜差，如圖211中虛線所示。 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系： 為ASR的輸出限幅值。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程分析設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近理想起動(dòng)過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系看作為是一個(gè)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可以分別歸納如下：1時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)回復(fù)正常。第三章 調(diào)速系統(tǒng)的直流脈寬調(diào)制PWM(Pulse Width Modulation)控制就是脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行路和數(shù)字式PWM控制電路。 PWM控制技術(shù) 模擬式PWM控制圖31 PWM控制電路原理 （31）式中——控制信號(hào)的最大值。 a b c圖32 鋸齒波脈寬調(diào)制波形圖圖33 PWM控制負(fù)載的波形圖PWM信號(hào)加到主控電路的開關(guān)管V1的基極時(shí)，負(fù)載兩端電壓的波形如圖33所示。顯然，通過PWM控制改變開關(guān)管在一個(gè)開關(guān)周期T內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間τ的長(zhǎng)短，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)兩端平均電壓大小的控制。 數(shù)字式PWM控制數(shù)字式PWM調(diào)制電路主要由計(jì)數(shù)器和數(shù)字比較器或由定時(shí)電路和觸發(fā)器構(gòu)成。數(shù)字式圖34 計(jì)數(shù)器和數(shù)字比較器組成的數(shù)字脈寬調(diào)制器的波形圖 PWM變換器PWM變換器作用是：用PWM控制電路的輸出波形信號(hào)，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度不可逆與可逆兩大類。 簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主電路原理圖如圖35所示，功率開關(guān)器件可以是任意一種全控型開關(guān)器件，這樣的電路又稱直流降壓斬波器。 T a 電路原理圖 b 電流和電壓波形圖35 簡(jiǎn)單不可逆PWM控制電路及其波形圖35a所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的不可逆PWM控制變換電路原理圖。電源電壓E通常由交流圖35b為穩(wěn)態(tài)時(shí)電樞端電壓、電樞平均電壓和電樞電流的波形。可見，穩(wěn)態(tài)電流是 制動(dòng)不可逆PWM變換器圖36a所示為具有制動(dòng)狀態(tài)的不可逆PWM變換器。它由兩個(gè)功率晶體管、和兩個(gè)二極管、組成。是起調(diào)制作用的主控管，是輔助管。來自脈寬調(diào)制電路的兩個(gè)極性相反的脈沖電壓、分別作用到、的基極?？刂齐娐饭ぷ髟陔妱?dòng)狀態(tài)時(shí)的電壓、電能耗制動(dòng)作用。因此，在制動(dòng)狀態(tài)中，和輪流導(dǎo)通，而始終是關(guān)斷的，此時(shí)的電壓和電流波形示于圖36c。a bc da 電路原理圖 b電動(dòng)狀態(tài)電壓和電流波形 c 制動(dòng)狀態(tài)電壓和電流波形 d 電動(dòng)和制動(dòng)交替狀態(tài)電流波形圖36 制動(dòng)不可逆PWM變換器及其波形有一種特殊情況，即輕載電動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)平均電流較小，以致在關(guān)斷后經(jīng)續(xù)流時(shí)，還沒有到達(dá)周期T ，電流已經(jīng)衰減到零，此時(shí)，因而兩端電壓也降為零，便提前導(dǎo)通了，使電流方向變動(dòng)，產(chǎn)生局部時(shí)間的制動(dòng)作用。輕載電動(dòng)狀態(tài)，一個(gè)周期分成四個(gè)階段：出波形見圖36d。綜上所述，具有制動(dòng)回路的不可逆PWM變換器的電樞電流始終是連續(xù)的。 H型雙極式PWM變換器圖37為H型雙極式PWM變換器，它由四個(gè)大功率晶體管和四個(gè)續(xù)流二極管組成。四個(gè)大功率管分為兩組，和為一組，和為另一組。在基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)=，==的作用下，同一組中的兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷，兩組晶體管之因此，PWM變換器 a 電路原理圖 b 電壓電流波形圖37 H型雙極式PWM變換器及其波形雙極式控制可逆PWM （3）電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；（4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左右；（5）低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利保證器件的可靠導(dǎo)通。第四章 PWM直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PWMM直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路電力晶體管構(gòu)成的PWM變換器是調(diào)速系統(tǒng)的主電路，是對(duì)已有的PWM波形的電壓信號(hào)進(jìn)行功率放大，并不改變信號(hào)的PWM波性質(zhì)。而PWM電壓波形的產(chǎn)生、分配則是P制器UPW、調(diào)制波發(fā)生器GM、邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)DLD和電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)器GD。圖41 雙閉環(huán)控制的脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理框圖1．鋸齒；3）多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的脈寬調(diào)制器；4）數(shù)字式脈寬調(diào)制體管還未完全關(guān)斷，如果此時(shí)另一個(gè)晶體管已經(jīng)導(dǎo)通，則將造成上下兩管直通，從而使電源短路。為了避免發(fā)生這種情況，應(yīng)設(shè)置一個(gè)邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)，保證在對(duì)一個(gè)管子發(fā)出關(guān)閉脈沖后，延時(shí)一段時(shí)間再發(fā)出對(duì)另一個(gè)管子的開通脈沖，避免兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通。3．限流保護(hù)環(huán)節(jié)（ＦＡ）在邏輯延時(shí)環(huán)沖信號(hào)進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)主電路的電力晶體管，每個(gè)晶體管應(yīng)有獨(dú)立的基極驅(qū)動(dòng)電路。為了確保晶體管在開通時(shí)能迅速達(dá)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇圖42同時(shí)對(duì)感性負(fù)載的無功功率起儲(chǔ)能緩沖作用。
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