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1、直 流PWM调 速 系 统 的 建 模 与 仿 直第一章摘要第一章主电路的设计2.1设计任务要求2.2电路设计及分析电流调节器转速调节器2.3系统稳态分析2.4电流调节器的设计电流环的简化电流调节器的设计电流调节器的实现2.5转速调节器的设计电流环等效传递函数转速调节器的结构选择转速调节器的实现第三章系统参数设计3.1电流调节器参数计算3.2转速环参数计算第四章PWM控制器的建模第五章系统仿真第一章摘要双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛的电 力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。反馈闭环控 制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰 动作用都能有效
2、的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无差。在单闭环系 统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击， 并不能很 理想的控制电流的动态波形。关键字：PWh脉宽直流调速matlab仿真第二章 主电路的设计2.1 设计任务要求(1)稳态指标：转速无静差；(2)动态指标：电流超调量c i 5%,空载起动到额定转速的转速超调量C n+1)(Tdj+1)图1 3电流环的动态结构框图及其简化（a）忽略反电动势的动态影响（b）等效成单位负反馈（c）小惯性环节近似处理242电流调节器的设计从稳
3、态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性， 由图1 3c可以看出，采用I型系统就够了。图1 3c表明，电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成WACR ( S)K(ts 1)TS(1 6)式中 Ki 电流调节器的比例系数；T 电流调节器的超前时间常数为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择T Ti( 1 7)则电流环的动态结构框图便成为图 14所示的典型形式，其中KiktRKsB(1 8)A (s)图1 4校正成典型I型系统的电流环动态结构框图243电流调节器的实现含给定滤波和反馈滤波的模拟式 PI型电流调节器原理
4、图如 图1 5所示。图中U*为电流给定电压。B Id为电流负反馈电压， 调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压 Uc。原理U：图1 5含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI根据运算放大器的电路原理，可以容易地导出KiTi RG14 RoCoi2.5转速调节器的设计2.5.1电流环等效传递函数由校正后的电流结构框图可知Wcli (s)_ld(s)_U*(s) BUc型电流调节器Tz i 2sKi1Ki忽略高次项，Wcii(s)可降阶近似为(1 14)(1 15)(1 16)(1 17)(1 18)Wcii (s)近似条件为(1 19)式中3cn转速环开环频率特性的截止频率。接入转速环，电力换等效环节
5、的输入量为U*(s),因此电流环在转速环中应等效为ld(s)Wcii (s)U；(s) B1了丄s 1Ki(1 20)这样，原来是双惯性环节的电流环控制对象， 经闭环控制后， 可以近似地等效成只有较小时间常数 1 Ki的一阶惯性环节。转速调节器的结构的选择把电流环的等效环节接入转速环后， 整个转速控制系统的动 态结构框图如图16a所示。和电流环中一样，把转速给定滤波Un(S). a,再把时间 近似成一个时间常和反馈滤波环节移到环，同时将给定信号改成 常数为1 Ki和Ton的两个小惯性环节合并起来， 数为T2 n的惯性环节，其中(1 21)则转速环结构框图可简化成图1 6b由于需要实现转速无静差
6、，而且在后面已经有一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型口型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。由此可见，ASR也应该采用PI调节器，其传递函数为XA/ , x Kn(rns 1)/ 122)Wasr(s)( 1 22)TnS式中Kn 转速调节器的比例系数;Tn转速调节器的超其时间常数。(a)a(b)外T心心+1)n (sL IM孑d 1)(c)图1 6转速环的动态结构框图及其简化(a)用等效环节代替电流环(b)等效成单位负反馈系统和小惯性系统的近似处理（c）校正后成为典型H型系统这样，调速系统的开环传递函数为Wn(S)tEJ 1)不考虑负载扰
7、动时，校正后的调速系统动态结构框图如图 6c所示。2.5.3转速调节器的实现含给定滤波和反馈滤波的 PI型转速调节器的原理图如图 7所示，图中U；为转速给定电压，a n为转速负反馈电压， 节器的输出是电流调节器的给定电压 U *CnT卜-p J on 铮丄怦 7硏T Jon图1 7含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器与电流调节器相似，转身调节器参数与电阻、 电容值的关系 为RnKn RO(1 26)T nRnC nTon. RoCon4(1 27)(1 28)第三章 系统参数的设计3.1电流调节器参数的计算（1）确定时间常数1）整流装置滞后时间常数 Ts查表的：三相桥式电路的平均失控时间Ts
8、=0.0017。整流电路形式最大失控时间Tsmax/ms平均失控时间Ts/ms单相半波2010单相桥式（全105波）6.673.33三相半波3.331.67三相桥式2）电流滤波时间常数 Toi。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了基本虑平波头，应有（12） Toi=3.33ms,因此 取 Toi=2ms。3)电流环小时间常数之和 =Ts+Toi=0.0037s 。(2) 选择电流调节器结构根据设计要求超调量 i V =5%并保证稳态电流无差，可 按典型I型系统设计电流调节器。可用 PI型电流调节器。检查 电源电压的抗扰性能：Tl/ Ti=T2/T1=8.11,各项性能指标都是可 以接受
9、的。上式 TI=L/R=0.03s。(3) 计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：i =TI=0.03s。电流环开环增益：要求超调量i v =5%寸，应取T i =0.5,因此KI=0.5/Ti=135.1s-1Ks(4) 检验近似条件电流环截止频率： ci=KI=135.1s-11)检验晶闸管整流装置传递函数的近似条件1/3Ts=196.1s-1.满足近似条件2 )检验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件3 ）电流环传递函数简化条件 =40.82s-1ci满足近似条件按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为：超调量 i=4.35%5%满足设计要求3.2转速调节器参数的计算（1）确定时间常数1）电流等效时间常数丄1 F。 KJi =0.5，则K|1 =2 0.0037 0.0074s。Ki2）转速滤波时间常数Ton=0.01s。3）转速环小时间常数Tn。近似处理条件，取1Tn=+Ton=0.0174s。K|（2） 选择转速调节器结构。选用PI调节器（3）计算转速调节器参数h=5, n hT n 0.087s转速开环增益Knh 122h2T
