桥式PWM逆变直流电动机控制.doc

电力拖动课程设计课 程 设 计 报 告 课程设计名称：桥式PWM逆变电动机控制仿真院系班级：机电工程学院机电一班姓名：吴增昊目录第一部分：课程设计介绍2H桥式可逆PWM变换器的工作原理：2第二部分：电路设计4第三部分：参数设置和调节器设计4调节器参数计算：5电流调节器参数计算5转速调节器参数计算5最终的调节器计算结果如下6第四部分：输出结果7第五部分：结果分析9第一部分：课程设计介绍 可逆轧机，龙门刨床等生产机械要求运动控制系统能够快速的正、反转，以及提高产量及质量；开卷机，卷取机等虽然不要求正反转运行，却需要快速制动。将上述生产工艺要求归纳成运动控制系统的性能，就是电动机转矩还需要产生制动转矩，实现生产机械快速的减速，停车与正，反向运行的功能。H桥式可逆PWM变换器的工作原理：PWM控制的示意图如图1所示:可控开关S以一定的时间间隔重复地接通和断开，当S接通时，供电电源Us通过开关S施加到电动机两端，电源向电机提供能量，电动机储能：当开关S断开时，中断了供电电源Us向电动机电流继续流通。图1：PWM控制示意图这样，电动机得到的电压平均值Uas为：Uas=tonUs/T=aUs在系统主电路部分，采用的是大功率GTR为开关元件、H桥电路为功率放大电路所构成的电路结构，如图2所示。图中，四只GTR分为两组，VT1和VT4为一组，VT2和VT3为另一组。同一组中的两只GTR同时导通，同时关断，且两组晶体管之间可以是交替的导通和关断。脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。图2：H桥式可逆PWM变换器正向运行（如图a）所示:第1阶段，在0tton期间，Ub1、Ub4为正，VT1、VT4导通，Ub2、Ub3为负，VT2、VT3截止，电流id沿回路1流通，电动机M两端电压UAB=+Us；第2阶段，在tontT期间，Ub1、Ub4为负，VT1、VT4截止，VD2、VD3续流，并使VT2、VT3保持截止，电流id沿回路2流通，电动机M两端电压UAB=-Us; 反向运行（如图b）所示：第1阶段，在0tton期间，Ub2、Ub3为负，VT2、VT3截止，VD1、VD4续流，并使VT1、VT4截止，电流-id沿回路4流通，电动机M两端电压UAB=+Us;第2阶段，在tontT期间，Ub2、Ub3为正，VT2、VT3导通，Ub1、Ub4为负，使VT1、VT4保持截止，电流-id沿回路3流通，电动机M两端电压UAB=-Us。双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点：（1）电流一定连续；（2）可使电机在四象运行；（3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；（4）低速平稳性好，系统的调速范围可达1：20000左右；（5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。a.正向电动运行波行 b.反向电动运行波形 双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为：第二部分：电路设计第三部分：参数设置和调节器设计电动机参数：电枢绕组电阻电枢绕组电感励磁电路电阻励磁电路电感转动惯量调节器参数计算：电流调节器参数计算按典型型设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的,所以把电流调节器设计成PI型的，其传递函数为要求得具体参数，则需要知道及，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 则可得到电流环放大系数，要求5%即可取=0.5有，则可得到 其中，=0.005s，选取时间常数,则有； 则可求得则有电流环传递函数为： 此时电流超调量=4.3%，小于5%，符合系统要求。转速调节器参数计算由公式可知转速调节器的传递函数为，又可求得 选取，已知Ton=0.01s，则可得由公式（1-24）及（1-25）可求转速环开环增益K及转速调节器ASR的比例系数，其中 其中Tm=0.2s；Ce=0.18 ；则可求得，则求得转速调节器闭环传递函数为： 在退饱和的情况下，计算转速超调有在h=5时有=81.2%；=2；=0.2s； =0.0208s；=0.18；空载启动时有；即可求得由此可见转速超调量小于要求的10%，最终的调节器计算结果如下参数转速调节器ASR电流调节器ACR放大倍数23.535.6积分时间常数0.520.003调节器输出限幅100.98转速反馈系数0.00417电流反馈系数0.83在matlab的simulink中搭建电路，电源采用270v直流电源，逆变桥采用matlab的默认值 第四部分：输出结果空载启动，在t=4s时加上转速图如下：转矩波形电枢电流：设置带载起动后在t=3.5s左右使电动机反转，负载电枢电流转矩波形从途中可以看到，系统从正传启动至反转运行的过程中转速和电枢电流对转速给定的影响波形，仿真中电流的过载倍数，因此电动机的正转启动和制动、反转启动的过程中始终保持着最大电流12A左右。在达到最大转速2400r/min后，电枢电流下降到4A左右第五部分：结果分析设计的驱动电路如图所示图中输入端In1接脉宽调制信号，输出端Out1输出四路MOSFET的驱动信号。脉宽调制由两个PWM发生器（PWM Generator）模块进行，其中上方的PWM发生器产生VF1和VF2的驱动信号，下方的PWM发生器产生VF3和VF4的驱动信号，为了使PWM发生器输出的驱动信号顺序与多功能桥的顺序一致，模块中加入一个选择器模块（Selector），调整了脉冲序列。因为MOSFET有导通和关断时间，为了避免