受限單極式直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真

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1、湖北理工學院《計算機仿真技術》考試答卷設計名稱：直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學號：學生姓名：湖北理工學院電氣學院受限單極式直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真1H主電路的仿真直流PWM-M調(diào)速系統(tǒng)的主電路組成如圖1所示，主電路由4個電力場效應晶體管VT1~4和四個續(xù)流二極管VD1~4成H型連接組成。當VT1和VT4導通時，有正向電流i1通過電動機M，電動機正轉(zhuǎn)；當VT2和VT3導通時，有反向電流i2通過電動機M，電動機反轉(zhuǎn)。VT1~4的驅(qū)動信號的調(diào)制原理如圖2所示，在三角波與控制信號Uct相交時，分別產(chǎn)生驅(qū)動信號Ub1、Ub4和Ub2、Ub3。圖1直流PW

2、M-M系統(tǒng)主電路圖1直流PWM-M系統(tǒng)主電路圖2直流PWM調(diào)制圖1直流PWM-M系統(tǒng)主電路的仿真模型如圖3所示。圖中H型變流器調(diào)用了多功能橋（UniversalBridge），其參數(shù)設為兩相橋臂，AB在交流輸出端，開關器件為MOSFET（見圖4）。多功能橋模塊參數(shù)設ABC在交流輸出端時本來就是用于逆變，現(xiàn)在用于直流PWM變流時，其驅(qū)動電路需另需設計。設計的雙極式驅(qū)動控制電路如圖5所示，圖中輸入端In1接脈寬調(diào)制信號Uct，輸出端Out1輸出4路MOSFET的驅(qū)動信號。脈寬調(diào)制由兩個PWM發(fā)生器（PWMGenerator）模塊進行，其中上方的PWM發(fā)生器產(chǎn)生VT1和VT2的驅(qū)動信

3、號，下方的PWM發(fā)生器產(chǎn)生VT3和VT4的驅(qū)動信號，為了使PWM發(fā)生器輸出的驅(qū)動信號順序與多功能橋的驅(qū)動順序一致，模型中加入一個選擇器模塊（Selector），調(diào)整了秒沖序列。因為MOSFET有導通和關斷時間，為了避免上下橋臂的兩個管子同時導通和關斷，造成橋臂的直通現(xiàn)象，需要有“死時”限制，這里采取的辦法是使下方的PWM發(fā)生器輸入的控制信號為（Uct+0.001）,即將Uct略為抬高，使下方的PWM發(fā)生器信號變窄一些，這樣上下兩個管子就不會同時導通和關斷。圖3直流PWM-M系統(tǒng)仿真模型圖4多功能橋參數(shù)對話框圖5雙極式PWM驅(qū)動信號發(fā)生電路在主電路模型中控制信號Uct通過互開關與

4、PWM分支模塊連接，因此雙擊互動開關模塊就可以選擇控制信號Uct和-Uct,控制電動機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。2受限單極式直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真受限單極式直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖6所示，模型在直流PWM-M系統(tǒng)主電路模型的基礎上增加了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR，ASR和ACR都采用帶輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器（圖7）。模型參數(shù)設置如表1:圖6受限單極式直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)模型圖7轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR表1直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR電流調(diào)節(jié)器ACR放大倍數(shù)23.535.6積分時間常數(shù)0.520.003調(diào)節(jié)器輸出限幅0.98轉(zhuǎn)速

5、反饋系數(shù)Alpha=0.0047電流反饋系數(shù)Beta=0.83受限單極式控制在正轉(zhuǎn)時VT1起PWM控制，VT4始終處于到通過狀態(tài)，而VT2和VT3關斷，在反轉(zhuǎn)時VT2作PWM控制，VT3始終處于到通過狀態(tài)，而VT1和VT4關斷。因此在正反轉(zhuǎn)中，H橋的4個開關管中只有一個管子（VT1或VT2）處于PWM開關狀態(tài)，其他三個管子狀態(tài)不變（恒通或恒關），這樣不僅避免了H橋上下橋臂開關管的直通可能，也減少了管子的損耗，所以受限單極式是直流PWM-M調(diào)速系統(tǒng)的常用方案。受限單極式直流PWM-M可逆調(diào)速的仿真模型的控制器PWM結(jié)構如圖8所示，控制端有兩個輸入端，其中In1來自電流調(diào)節(jié)器，另一

6、個輸入端In2連接轉(zhuǎn)速給定，兩個比較器CompareToZero用于判斷轉(zhuǎn)速給定的方向，當轉(zhuǎn)速給定的信號滿足比較條件時，CompareToZero輸出為“1”，該“1”，信號控制觸發(fā)器（EnableSymtem1或EnableSymtem2），使PWGenerator輸出的脈沖可以通過，發(fā)別出發(fā)開關器件VT1和VT2。并且在轉(zhuǎn)速給定為正時，比較器CompareToZero輸出為“1”,是VT4導通，在轉(zhuǎn)速給為負時，比較器CompareToZero輸出為“0”，VT4處于關斷狀態(tài)；比較器CompareToZero1的作用與此相同，用于控制VT3的通斷。模型的參數(shù)設置如下，仿真算法

7、用ode45。圖8受限單極式PWM結(jié)構圖9為電動機從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)（1.7s時人為把開關從+10打到—10）的過程中H橋4個開關器件的電流波形，ivt1中電流在時間1.7s前的正向電流是正轉(zhuǎn)時通過VT1的電流，1.7s后的電流是反轉(zhuǎn)時通過二極管VD1的續(xù)流電流。ivt2中電流在時間1.7s前的正向電流是正轉(zhuǎn)時通過VD2的電流，1.7s后的電流是反轉(zhuǎn)時通過二極管VT2的續(xù)流電流。ivt4反應了正轉(zhuǎn)時VT1導通有電流流過，反轉(zhuǎn)時VT4關斷沒有電流，ivt3反應了VT3的工作情況。（a）電樞電流ia（