单闭环P和PI的PWM-M系统过程控制仿真.docx

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1、一 PWM调速系统的优点自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM调速系统，与V-M系统相比，PWM系统在很多方面有较大的优越性。(1)主电路线路简单，需用的功率器件少。(2)开关频率高电流容易连续，谐波少电机损耗及发热都较小。(3)低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1: 10000左右。(4)与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。(5)功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗不大，因而装置效率较高。(6)直流电源采用不可控整

2、流时电网功率因数比相控整流器高。由于有上述优点,直流脉宽调速系统的应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了 V-M系统。二.单闭环调速直流调速系统的介绍单闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器，此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号，直流电压迅速上升，电流也随即增大直到等于最大给定值，电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值

3、来改变。在电动机转速上升到给定转速后，速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态，闭环调节开始起作用。三.调节器的作用在控制系统中设置调节器是为了改善系统的静、动态性能。在采用了 PI调节器以后，构成的是转速单闭环无静差调速系统。改变比例系数和积分系数，可以得到振荡、有静差、无静差、超调大或启动快等不同的转速曲线。如果把积分部分取消，改变比例系数，可以得到不同静差率的响应曲线直至振荡曲线;如果改变PI调节器的参数，可以得到超调量不一一样、调节时间也不一样的转速响应曲线。经过比较可以发现系统的稳定性和快速性是一对矛盾，必须根据工程的要求，选择一个合适的PI参数。在

4、本实验中，我通过实验试凑法，通过实验逐步确定参数的选择，取得了较为良好的结构四.有静差单闭环PWM可逆直流调速系统系统仿真模型如下图主电路由直流电动机本体模块、Universal Bridge桥式电路模块、负载和电源组成，电动机本体模块参数为默认值，桥式电路参数设置:桥臂数为2,电力电子装置为MOSFET/Diodes,其他参数为默认值，电源参数为220V,励磁电源为220V,负载为50。 Block Parameters: Universal BridgeUniversal Bridge (nask) (link)This block implement a bridge of select

5、ed power electronicsdevices. Series RC snubber circuits are connected inparallei with each switch device. Press Help for suggestedsnubber values when the model is discretizcd. For mostapplicat ions the internal inductance Lon of diodes andthyristors should be set to zeroParenls NoneOK Cancel I Help(

6、2)控制电路模型的建立与参数设置控制电路由转速调节器ASR、PWM发生器、转速反馈和给定信号等组成。ASR采用P模块，参数设置：Kp=l0输出限幅为10T0q直流电源参数和直流励磁电源参数均为220V,反馈系数为0. 1,给定信号为10,在2s时给定信号变为TO。(3)系统仿真参数设置仿真中所选择的算法为ode23tb, Start设为0, Stop设为3. 5s。仿真结果如下图中黄色曲线为转速曲线，蓝色为电流曲线。可以发现开始时系统的响应较快，存在超调，同时存在一定静差，在第L5秒给出负载扰动后，系统任然存在超调量较大的问题。可以发现在前一段系统的超调有所减小，但是静差有所增大，同时调整时间

7、比P=l时的更大。在在第1.5秒给出负载扰动后，系统超调量较p=l有所减小,但是任然较大，同时调整时间比之长，说明当p过小时会影响系统的响应速度,同时增大静差五.无静差单闭环PWM可逆直流调速系统系统仿真模型如下(1)主电流模型的建立与参数设置主电路由直流电动机本体模块、Universal Bridge桥式电路模块、负载和电源组成，电动机本体模块参数为默认值，桥式电路参数设置:桥臂数为2,电力电子装置为MOSFET/Diodes,其他参数为默认值，电源参数为220V,励磁电源为220V,负载为50。 Block Parameters: Universal BridgeIn i versa I

8、Bridge (sk) (1 ink)This block implement a bridge of selected power electronicsdevices. Series RC snubber circuits are connected inparallel with each switch device. Press Help for suggestedsnubber values when the model is discretized. For roostapplicat ions the internal inductance Lon of diodes andth

9、yristors should be set to zeroinfPower Electronic device MOSFET / DiodesRon (Ohms)53Mesuements NoneOKCancelHelpApply控制电路模型的建立与参数设置控制电路由转速调节器ASR、PWM发生器、转速反馈和给定信号等组成。ASR采用PI模块，参数设置：K, =0. l,K;=lo输出限幅为10T0。直流电源参数和直流励磁电源参数均为220V,反馈系数为0. 1,给定信号为10,在1.5s时给定信号变为-10。Block Parameters: StepStepOutput a step.l

10、,ariimctprsStep time:Ini t ial va1uc:*0 Interpret vector pranieters as PD0 Enable zero-crossing detect ionCancelHelp(3) PWM发生器的建模仿真结果如下直流脉宽调速系统仿真关键是PWM发生器的建模,PWM发生器模型如下I1DiscretePWM GeneratorSignals) PulsesDiscretePWM Generator!Signal(s)PulsesSelector0ut1系统仿真参数设置仿真中所选择的算法为ode23tb, Start设为0, Stop设为3. 5s。图中黄色曲线为转速曲线，蓝色为电流曲线。开始时系统的响应速度一般，可以发现当L5s发生负载扰动时，电流也随之发生突变，电机转速同时改变。由图可以得出电机的响应速度较快，同时超调量较小，但响应不是很迅速。当把pi调节器的P增大为0.5,其他参数不变，可以发现系统的响应变得更快了，但是调整时间有所增长，超调量也有所增大，说明增大P可以加速系统的响应，改善系统的动态性能，但是会增加系统的超调量。可以发现系统的超调有所增加，同时调整时间也变得更长，说明i过大会对系统造成降低系统的快速性，对系统的调整起到了负面作用