PWM控制与实现.docx

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1、另一个指标为静差率S,它是电动机由志向空载到额定负载时的转速降及志向空载转速n0之比。s=5lZ,x00%(2.3)它衣示负载变更引起调速系统的转速偏离原定转速的程度。系统的调速特性越硬，s越小，说明系统的稳定性能越好。另外，转速越低，静差率越大，故调速系统静差率指标以最低转速对应的数值为准。在考虑生产机械对转速相对性(即静差率)的要求后，电动机最低转速受到r限制，也即调速范围受到限制。采纳降压调速时，调速范围、褥差率及转速降三者关系为：D=必也.叩Mwa-S)(2.4)2.3开环系统机械特性和闭环系统静特性图2.3闭环调速系统的给定作用和扰动作用在这里为了分析简洁，不单独探讨开环系统，由简洁

2、闭环系统引出开环系的特性。如图1.3的转速闭环调速系统，假如把闭环系统的反馈回路断开，成了开环系统，则上述系统的开环机械特性为t1=CPf6dB,保留适当的稳定裕度，是考虑到实际系统各个环节餐宿发生变更的时候不至于失去稳定性。稳定裕度也能间接反映系统动态过程的平稳性，稳定裕度越大意味着动态过程中振荡越弱，超调越小。推断系统性能一般可以分为以下四个方面：(1)中频段以-20dBdec的斜率超过OdB线，而且这一斜率能够覆盖足够的频带宽度，则系统的稳态性能好。(2)截止频率越高，则系统的快速性越好。(3)低频段的休旅陡、增益高，说明系统的稳态精度高。(4)高频段衰减越高，则有系统抗高频噪声干扰的实

3、力强。图4.1PI调整器的原理图PI调整器的传递函数为：S3=3(4.1)VSl5其中储为Pl调整器比例部分的放大系数。T,为微分项中的超前时间常数，r为积分时间常数。由I=O.OO833s,Tn=0.045.,T,=().(MX)1.,依据反馈直流调速系统的稳定条件可知：KJe+0+7?KM(4.2)T1T1BK=55.8,原始闭环传递函数为：W=-(4.3)(0.011s+1)(0.0345+1)(0.0005+1)利用阅历整定公式可得Pl调整器的传递函数。第五章动态模型和稳定性分析5.1反馈限制闭环直流调速系统的动态模型建立为r分析调速系统的稔定性和动态品质，必需首先建立描述系统的动态物

4、理规律和数学模型，对于连续的线性定长系统，其数学模型是常微分方程，经过拉氏变换，可用传递函数和动态结构图式示。建立系统动态数学模型的基本步骤如卜.：(1)依据系统中各环节的物理规律，列出描述该环节动态过程的微分方程。(2)求出各环节的传递函数。(3)组成系统动态结构框图，并求出系统的传递函数。下图为本文直流闭环调速系统的等效电路：图5.1直流闭环调速系统的等效电路假定主电路的电流连续，则动态方程为：(5.1)(5.2)(5.3)(5.4)Ug=Rf1.牛+E忽视粘性摩擦及弹性转矩，电动机上的动力学方程为：-C=旦曳4375CC4额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为：E=C/Tf=CJit式中

5、7；包括电动机在内的负载转矩：G加一电力拖动系统折算到电动机轴上的K轮惯量:CI一额定励磁卜电动机的转矩系数，ci=cc;刀一电枢回路电磁时间常数，Z=1.R力”一电力拖动系统机电时间常数，Tn=考之。n375C.C综合整理得：um-e=K(j+ti-)(5.5)业号与(5.6)K%式中加一负载电流，压=7Ci在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得电压及电流的传递函数为：=工(5.7)US(三)-E(三)7+1则有电压电流间的结构框图：图5.2电压电流间的结构框图电流及电动势间的传递函数为：%一=(5.8)-/皿7则有电流电动势间的结构框图：III4.3电流电动势间的结构框图合并得到:图5.

6、4直流电机的动态结构框图由上图可以看出，直流电动机有两个输入量，一个是施加在电枢上的志向空载电压，另一个是负载电流。前者是限制输入量，后者是扰动输入量。假如不须要在结构图中显现出电流，可将扰动量的综合点移前，再进行等效变换，分别得到Z11,O和Zt=O时的变换图，如图5.5所示经过变更和简化可以得到宜流调速系统的动态结构框图：图5.6直流调速系统的动态结构图反馈限制环的开环传递函数为：%一=A（5.9）（S-S）Tns其中=qq,设几从给定愉入作用上看，闭环直流调速系统的闭环传递函数是：KKW（三）=EE（5.10）rf3入篦+V-3+11+K1+K1+K反馈限制闭环直流调速系统的特征方程为：

7、Z=S+ZklZ1.Z12,v2+Z1.t1.,v+1=（）（5.11）+它的一般表达式为(5.12)+ays2+a2s+3=O依据三阶系统的劳斯-赫尔维茨判据，系统稳定的充分必要条件是(5.14)(5.15)(5.15)%0%0,az0a、O*axa2-a0alO因此稳定条件为Tm(Tl+T,)Tl,+tTJlt-T7F(7；+7；X7；+7；)(l+A-)7；7；整理后得到O(Z+Z)+不T1T.式中右边称作系统的临界放大系数,r,当“时，系统将不稳定。从稳态精度讲，希望K越大越好。但从动态稳定性的角度讲,K的最大取值必需严格限制。因为对于一个自动限制系统来说，稳定性是它能否正常工作的首要

8、条件。闭环调速系统突加给定起动的冲击电流采纳转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，速不行能马上建立起来反馈电压仍为零，相当于偏差电压差不多是其稳态工作值的1+*倍。这时由于放大器和变换器的惯性都很小,电枢电压一下子就达到了它的最高值，对电动机来说相当于全压起动，明显是不允许的。堵转电流有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的状况，例如由于故障机械轴被k住，或挖土机运行时遇到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。假如只依靠过流继电器或熔断器爱护，一过我就跳闸也会给正常工作带来不便。为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，

9、系统中必需有自动限制电枢电流的环节依据反馈限制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应当引入那个物理量的负反馈。那么引入电流负反馈，应当能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。但考虑到正常运行时应让电流自由地随负载增减,限流作用只需在起动和堵转时起作用，假如采纳某种方法，当电流大到肯定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用。这种方法叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。带电流筏止负反馈的无静差直流调速系统工作原理：上图是一个无静差直流调速系统的实例，采纳比例积分调整器以实现无静差采纳电流截止负反馈来限制动态过程的冲击电流。TA为检测电流的沟通互感器，经整流后得到电流反馈信

10、号。当电流超过截止电流时，高于稳压管VS的击穿电压，使晶体三极管VT导通，则Pl调整器的输出电压接近于零，电力电子变换器的输出电压急剧下降，达到限制电流的目的。第六章仿真单闭环比例积分限制器单闭环比例积分限制器仿真结果PWM单闭环比例积分系统物理仿真模型5示波器4仿真图示波器3仿真结果示波器2仿真结果设计总结在课题设计和论文撰写过程中，我的指导老师孙标老师给了我很大的帮助。孙老师让我不仅得到了学问，而且养成了良好的工作和学习习惯，为以后的工作和探讨打下了坚实的基础，假如没有他的帮助,我的许多工作将无法完成的，不论现在还是将来她恒久是我的楷模。我还要感谢在学习上帮助过我的老师和同学。在做设计和论

11、文期间，我还要感谢和我做类似的题目的同学给我的珍贵看法。参考文献1陈伯时.电力拖动自动限制.北京：机械工业出版社，20192冯信康，杨兴瑞.电力传动限制系统原理及应用.北京：水利水电出版社，19853周德泽.电气传动限制系统的设计.北京：机械工业出版社，19894林瑞光.电机及拖动基础.杭州：浙江高校出版社，20195李华德.电力拖动限制系统.北京：电子工业出版社，20196阎治安，崔新艺，苏少平.电机学.西安：西安交通高校出版社,20197孙亮,杨鹏.自动限制原理.北京：北京工业高校出版社，20198王兆安，黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社，20199（美）卡西译者:戴文进.电机原理及设计的MAT1.AB分析.北京：电子工业出版社，201910李维波.MAT1.AB在电气工程中的应用.北京：中国电力出版社,201911潘晓晟，郝世勇.MAT1.AB电机仿真精华50例.北京：电子工业出版社2019