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(xué)院《計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)》考試答卷設(shè)計(jì)名稱(chēng)：直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：湖北理工學(xué)院電氣學(xué)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(gè)電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管VT1~4和四個(gè)續(xù)流二極管VD1~4成H型連接組成。當(dāng)VT1和VT4導(dǎo)通時(shí)，有正向電流i1通過(guò)電動(dòng)機(jī)M，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)VT2和VT3導(dǎo)通時(shí)，有反向電流i2通過(guò)電動(dòng)機(jī)M，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。VT1~4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的調(diào)制原理如圖2所示，在三角波與控制信號(hào)Uct相交時(shí)，分別產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(shè)為兩相橋臂，AB在交流輸出端，開(kāi)關(guān)器件為MOSFET（見(jiàn)圖4）。多功能橋模塊參數(shù)設(shè)ABC在交流輸出端時(shí)本來(lái)就是用于逆變，現(xiàn)在用于直流PWM變流時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電路需另需設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的雙極式驅(qū)動(dòng)控制電路如圖5所示，圖中輸入端In1接脈寬調(diào)制信號(hào)Uct，輸出端Out1輸出4路MOSFET的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。脈寬調(diào)制由兩個(gè)PWM發(fā)生器（PWMGenerator）模塊進(jìn)行，其中上方的PWM發(fā)生器產(chǎn)生VT1和VT2的驅(qū)動(dòng)信

3、號(hào)，下方的PWM發(fā)生器產(chǎn)生VT3和VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為了使PWM發(fā)生器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)順序與多功能橋的驅(qū)動(dòng)順序一致，模型中加入一個(gè)選擇器模塊（Selector），調(diào)整了秒沖序列。因?yàn)镸OSFET有導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，為了避免上下橋臂的兩個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，造成橋臂的直通現(xiàn)象，需要有“死時(shí)”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(hào)為（Uct+0.001）,即將Uct略為抬高，使下方的PWM發(fā)生器信號(hào)變窄一些，這樣上下兩個(gè)管子就不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。圖3直流PWM-M系統(tǒng)仿真模型圖4多功能橋參數(shù)對(duì)話(huà)框圖5雙極式PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路在主電路模型中控制信號(hào)Uct通過(guò)互開(kāi)關(guān)與

4、PWM分支模塊連接，因此雙擊互動(dòng)開(kāi)關(guān)模塊就可以選擇控制信號(hào)Uct和-Uct,控制電動(dòng)機(jī)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(chǔ)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(shè)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(shí)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(shí)VT1起PWM控制，VT4始終處于到通過(guò)狀態(tài)，而VT2和VT3關(guān)斷，在反轉(zhuǎn)時(shí)VT2作PWM控制，VT3始終處于到通過(guò)狀態(tài)，而VT1和VT4關(guān)斷。因此在正反轉(zhuǎn)中，H橋的4個(gè)開(kāi)關(guān)管中只有一個(gè)管子（VT1或VT2）處于PWM開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其他三個(gè)管子狀態(tài)不變（恒通或恒關(guān)），這樣不僅避免了H橋上下橋臂開(kāi)關(guān)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(gòu)如圖8所示，控制端有兩個(gè)輸入端，其中In1來(lái)自電流調(diào)節(jié)器，另一

6、個(gè)輸入端In2連接轉(zhuǎn)速給定，兩個(gè)比較器CompareToZero用于判斷轉(zhuǎn)速給定的方向，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定的信號(hào)滿(mǎn)足比較條件時(shí)，CompareToZero輸出為“1”，該“1”，信號(hào)控制觸發(fā)器（EnableSymtem1或EnableSymtem2），使PWGenerator輸出的脈沖可以通過(guò)，發(fā)別出發(fā)開(kāi)關(guān)器件VT1和VT2。并且在轉(zhuǎn)速給定為正時(shí)，比較器CompareToZero輸出為“1”,是VT4導(dǎo)通，在轉(zhuǎn)速給為負(fù)時(shí)，比較器CompareToZero輸出為“0”，VT4處于關(guān)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(shè)置如下，仿真算法

7、用ode45。圖8受限單極式PWM結(jié)構(gòu)圖9為電動(dòng)機(jī)從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)（1.7s時(shí)人為把開(kāi)關(guān)從+10打到—10）的過(guò)程中H橋4個(gè)開(kāi)關(guān)器件的電流波形，ivt1中電流在時(shí)間1.7s前的正向電流是正轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)VT1的電流，1.7s后的電流是反轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)二極管VD1的續(xù)流電流。ivt2中電流在時(shí)間1.7s前的正向電流是正轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)VD2的電流，1.7s后的電流是反轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)二極管VT2的續(xù)流電流。ivt4反應(yīng)了正轉(zhuǎn)時(shí)VT1導(dǎo)通有電流流過(guò)，反轉(zhuǎn)時(shí)VT4關(guān)斷沒(méi)有電流，ivt3反應(yīng)了VT3的工作情況。（a）電樞電流ia（