双闭环pwm双极式直流调速系统的工程设计及仿真运动控制系统课程设计 38页

目录摘要I1.绪论11.1课题概述11.2双闭环直流调速功能11.3课题的主要任务12.原理分析22.1直流双闭环系统的原理22.2双闭环直流调速系统的结构图22.3双闭环调速系统优点32.4转速、电流双闭环控制系统42.5PWM变换器介绍63.设计电路123.1PWM（双极式）主电路设计12\n3.2双闭环调节器电路设计123.2.1电流调节器设计123.2.2转速调节器设计133.3IGBT基极驱动电路原理143.4信号产生电路143.5锯齿波信号产生电路153.6基于EXB841驱动电路设计164.系统参数的计算194.1电流调节器的设计194.2转速调节器的设计215.利用MATLAB建模并对所设计的系统进行仿真255.1MATLAB简要介绍255.2双闭环调速系统仿真模型图26总结28参考文献29\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真双闭环PWM双极式直流调速系统的工程设计及仿真摘要近年来，交流调速系统发展很快。虽然高性能的交流调速系统已经逐步取代直流调速系统，然而，直流调速系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在大量应用。在当代工业上PWM控制调速系统已经被广泛地应用，其优点还是日益突现，而带有双闭环的调速系统更是受到广泛欢迎。在本次设计中，为了使调速达到高精度、高准度的要求，我使用了电流调节器和转速调节器，以此来组成双闭环，电流环为内环，转速环为外环。这样的设计能够达到任务要求的静态指标和动态指标。特别是把此两环校正为典型Ⅰ型和典型Ⅱ型后的性能指标更是达到了要求。本次设计中的电流调节器和电压调节器都是使用PI调节器，PI调节器是由运放和各种电子元器件组成的。关键词PWM直流调速双闭环双极式I\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真1.绪论1.1课题概述在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，易于在大范围内平滑调速，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁地无级快速启动与制动和反转，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，至今在金属切削机床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的应用，到目前为止是调速系统的主要形式。1.2双闭环直流调速功能双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流；该系统可以自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动的影响；采用双闭环控制提高了系统的阻尼比，因而较之单闭环控制具有更好的控制特性。1.3课题的主要任务⑴转速调节器及其反馈电路设计；⑵电流调节器及其反馈电路设计；⑶PWM（双极式）主电路设计；35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真⑷集成触发及驱动电路设计；⑸利用MATLAB建模并对所设计的系统进行仿真研究。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真1.原理分析2.1直流双闭环系统的原理ASR（速度调节器）根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节，其输出是UPE（功率变换器件的）的控制信号Uc。进而调节UPE的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由Te-TL=Jdn/dt，只要Te与TL不相等转速会相应的变化。整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变后，达到稳定。2.2双闭环直流调速系统的结构图直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：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，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真图1双闭环调速系统的结构图2.3双闭环调速系统优点一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态。这种理想的起动过程如图2所示。为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，只要引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程，起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。采用转速、电流双闭环控制系统。如图3所示。参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图如图4所示。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真图2理想启动过程图3双闭环直流调速控制系统原理图35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真图4双闭环直流调速系统动态结构图2.4转速、电流双闭环控制系统双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统在突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图5所示。由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。IdnIdIdm(a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统(b)理想的快速起动过程图5直流调速系统的电流、转速启动特性曲线第Ⅰ阶段：0～t1是电流上升阶段。突加给定电压Un*35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真后，通过两个调节器的控制作用，使Uct、Udo、Id都上升，当Id≥Idl后，电动机开始转动。由于电机惯性的作用，转速的增长不会太快，因而ASR的输入偏差电压∆Un=Un*－Un数值较大并使其输出达到饱和值U*im，强迫电流Id迅速上升。当Id=Idm时，，电流调节器ACR的作用使Id不再迅速增加，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，ASR由不饱和很快达到饱和，而ACR一般应该不饱和，以保证电流环的调节作用。第Ⅱ阶段：t1～t2是恒流加速阶段。这一阶段是起动过程的主要阶段。在这个阶段中，ASR一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒流给定U*im作用下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定（电流可能超调，也可能不超调，取决于ACR的参数），因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增加。又，n↑→↑→↑，这样才能保持Id=cont。由于ACR是PI调节器，要使它的输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，Id应略低于Idm。此外还应指出，为了保证电流环的这种调节作用，在起动过程中电流调节器是不能饱和的，同时整流装置的最大电流Ud0m也须留有余地，即晶闸管装置也不应饱和，这都是设计中必须注意的。第Ⅲ阶段：t2以后是转速调节阶段。此时，Un=U*n，，但由于积分作用，，所以电动机仍在最大电流下加速，必然使转速必超调。当时，，使ASR退出饱和状态，其输出电压即ACR的给定电压U*i迅速下降，Id也迅速下降。但由于，在一段时间内，转速仍继续增加。当时，，，n达到最大值（t3时刻）。此后，电动机在负载的阻力下减速，与此相应，电流Id也出现一段小与Idl35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真的过程，直到稳定。在这最后的转速调节阶段内，ASR与ACR都不饱和，同时起调节作用。由于转速调节在外环，ASR处于主导地位，而ACR的作用则是力图使Id尽快地跟随ASR的输出量U*i，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。综上所述，双闭环调速系统的起动过程有三个特点：1.饱和非线性。在不同情况下表现为不同结构的线性系统。2.准时间最优控制。Ⅱ阶段属于电流受限制条件下的最短时间控制。采用饱和非线性控制方法实现准时间最优控制是一种很有使用价值的控制策略，在各种多环系统中普遍地得到应用。3.转速必超调。按照PI调节器的特性，只有转速超调，ASR的输入偏差电压为负值，才能使ASR退饱和。这就是说，采用PI调节器的双闭环调速系统的转速必超调。2.5PWM变换器介绍脉宽调速系统的主要电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。PWM变换器有不可逆和可逆两类，可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种电路。下面分别对各种形式的PWM变换器做一下简单的介绍和分析。不可逆PWM变换器分为无制动作用和有制动作用两种。图6所示为无制动作用的简单不可逆PWM变换器主电路原理图，其开关器件采用全控型的电力电子器件。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真图6简单的不可逆PWM变换器电路电力晶体管VT的基极由频率为f，其脉冲宽度可调的脉冲电压驱动。在一个开关周期T内，当时，为正，VT饱和导通，电源电压通过VT加到电动机电枢两端；当时，为负，VT截止，电枢失去电源，经二极管VD续流。电动机电枢两端的平均电压为式中，—PWM电压的占空比，又称负载电压系数。的变化范围在0～1之间，改变，即可以实现对电动机转速的调节。图6时电动机电枢的脉冲端电压、平均电压和电枢电流的波型。由图可见，电流是脉动的，其平均值等于负载电流（——负载转矩，——直流电动机在额定磁通下的转矩电流比）。由于VT在一个周期内具有开关两种状态，电路电压平衡方程式也分为两阶段，即在期间,在期间35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真式中，R，L——电动机电枢回路的总电阻和总电感；E——电动机的反电动势。 PWM调速系统的开关频率都较高，至少是1～4kHz，因此电流的脉动幅值不会很大，再影响到转速n和反电动势E的波动就更小，在分析时可以忽略不计，视n和E为恒值。这种简单不可逆PWM电路中电动机的电枢电流不能反向，因此系统没有制动作用，只能做单向限运行，这种电路又称为“受限式”不可逆PWM电路。这种PWM调速系统，空载或轻载下可能出现电流断续现象，系统的静、动态性能均差。 图7动作用的不可逆PWM变换电路，该电路设置了两个电力晶体管VT1和VT2，形成两者交替开关的电路，提供了反向电流的通路。这种电路组成的PWM调速系统可在第I、II两个象限中运行。VT1和VT2的基极驱动信号电压大小相等，极性相反，即。当电动机工作在电动状态时，在一个周期内平均电流就为正值，电流分为两段变化。在期间，为正，VT1饱和导通；为负，VT2截止。此时，电源电压加到电动机电枢两端，电流沿图中的回路1流通。在期间，和改变极性，VT1截止，原方向的电流沿回路2经二极管VD2续流，在VD2两端产生的压降给VT2施加反压，使VT2不可能导通。因此，电动机工作在电动状态时，一般情况下实际上是电力晶体管VT1和续流二极管VD2交替导通，而VT2则始终不导通，其电压、电流波型如图7所示，与图2-1没有VT2的情况完全一样。如果电动机在电动运行中要降低转速，可将控制电压减小，使的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使电动机电枢两端的平均电压降低。但是由于惯性，电动机的转速n和反电动势E来不及立刻变化，因而出现35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真的情况。这时电力晶体管VT2能在电动机制动中起作用。在期间，VT2在正的和反电动势E的作用下饱和导通，由产生的反向电流沿回路3通过VT2流通，产生能耗制动，一部分能量消耗在回路电阻上，一部分转化为磁场能存储在回路电感中，直到t=T为止。在（也就是）期间，因变负，VT2截止，只能沿回路4经二极管VD1续流，对电源回馈制动，同时在VD1上产生的压降使VT1承受反压而不能导通。在整个制动状态中，VT2和VD1轮流导通，VT1始终截止，此时电动机处于发电状态，电压和电流波型图7。反向电流的制动作用使电动机转速下降，直到新的稳态。这种电路构成的调速系统还存在一种特殊情况，即在电动机的轻载电动状态中，负载电流很小，在VT1关断后（即期间）沿回路2径VD2的续流电流很快衰减到零，如在图7中的期间的时刻。这时VD2两端的压降也降为零，而此时由于为正，使VT2得以导通，反电动势E经VT2沿回路3流过反向电流，产生局部时间的能耗制动作用。到了期间，VT2关断，又沿回路4经VD1续流，到时衰减到零，VT1在作用下因不存在而反压而导通，电枢电流再次改变方向为沿回路1经VT1流通。在一个开关周期内，VT1、VD1、VT2、VD1四个电力电子开关器件轮流导通，其电流波形示图7。综上所述，具有制动作用的不可逆PWM变换器构成的调速系统，电动机电枢回路中的电流始终是连续的；而且，由于电流可以反向，系统可以实现二象限运行，有较好的静、动态性能。可逆PWM变换器主电路的结构形式有T型和H型两种，其基本电路如图8所示，图中8PWM变换器电路，H型PWM变换器电路。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真图7有制动作用的不可逆PWM变换电路图8可逆PWM变换器电路35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真T型电路由两个可控电力电子器件和与两个续流二极管组成，所用元件少，线路简单，构成系统时便于引出反馈，适用于作为电压低于50V的电动机的可控电压源；但是T型电路需要正负对称的双极性直流电源，电路中的电力电子器件要求承受两倍的电源电压，在相同的直流电源电压下，其输出电压的幅值为H型电路的一半。H型电路是实际上广泛应用的可逆PWM变换器电路，它由四个可控电力电子器件（以下以电力晶体管为例）和四个续流二极管组成的桥式电路，这种电路只需要单极性电源，所需电力电子器件的耐压相对较低，但是构成调速系统的电动机电枢两端浮地。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真3.设计电路3.1PWM（双极式）主电路设计H型变换器电路在控制方式上分为双极式、单极式和受限单极式三种，本次设计我们选择双极式H型可逆PWM变换器。H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图9所示，WM逆变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容滤波，以获得恒定的直流电压。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波电容充电，这时电容器两端电压升高称作“泵升电压”。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真图9H桥式直流脉宽调速系统主电路四单元IGBT模块型号：20MT120UF生产厂家：IR公司主要参数如下：=1200V=16A=1003.2双闭环调节器电路设计为了实现闭环控制，必须对被控量进行采样，然后与给定值比较，决定调节器的输出，反馈的关键是对被控量进行采样与测量。3.2.1电流调节器设计由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。此滤波环节传递函数可用一阶惯性环节表示，由初始条件知滤波时间常数，以滤平电流检测信号为准。为了平衡反馈信号的延迟，在给定通道上加入同样的给定滤波环节，使二者在时间上配合恰当。如图10所示。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真图10给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器3.2.2转速调节器设计转速反馈电路如图11所示，由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，由初始条件知滤波时间常数。根据和电流环一样的原理，在转速给定通道上也加入相同时间常数的给定滤波环节。图11含给定滤波与反馈滤波的PI型电转速调节器3.3IGBT基极驱动电路原理35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真工作原理如图12所示图12EXB841内部结构图EXB841系列驱动器的各引脚功能如下：脚1：连接用于反向偏置电源的滤波电容器；脚2：电源(+20V)；脚3：驱动输出；脚4：用于连接外部电容器，以防止过流保护电路误动作（大多数场合不需要该电容器）；脚5：过流保护输出；脚6：集电极电压监视；脚7、8：不接；脚9：电源；35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真脚10、11：不接；脚14、15：驱动信号输入（-，＋）；3.4信号产生电路本设计采用集成脉宽调制器SG3524作为脉冲信号发生的核心元件。根据主电路中IGBT的开关频率，选择适当的、值即可确定振荡频率。电路中的PWM信号由集成芯片SG3524产生，SG3524采用是定频PWM电路,DIP-16型封装。由SG3524构成的基本电路如图13所示，由15脚输入+15V电压，用于产生+5V基准电压。在6、7引脚之间接入外部阻容元件构成PI调节器，可提高稳态精度。12、13引脚通过电阻与+15V电压源相连，供内部晶体管工作，由电流调节器输出的控制电压作为2引脚输入，通过其电压大小调节12、13引脚的输出脉冲宽度，实现脉宽调制变换器的功能实现。图13SG3524管脚图主要参数：35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真输入电压Uimax：40V输出电流：500mA好散功率：1W3.5锯齿波信号产生电路锯齿波信号发生器SG的输出信号Us与控制信号在PWM转换器（SG3524）中进行比较，PWM输出幅度恒定、宽度变化的方波脉冲序列，即PWM波。SG电路可有UJT或者PUT构成。UJT锯齿波信号发生器基本电路如图15所示。图14SG3524引脚接线图35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真图14SG3524内部框图3.6基于EXB841驱动电路设计驱动电路中V5起保护作用，避免EXB841的6脚承受过电压，通过VD1检测是否过电流，接VZ3的目的是为了改变EXB模块过流保护起控点，以降低过高的保护阀值从而解决过流保护阀值太高的问题。R1和C1及VZ4接在+20V电源上保证稳定的电压。VZ1和VZ2避免栅极和射极出现过电压，Rge是防止IGBT误导通。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真针对EXB841存在保护盲区的问题，可如图16所示将EXB841的6脚的超快速恢复二极管VDI换为导通压降大一点的超快速恢复二极管或反向串联一个稳压二极管，也可采取对每个脉冲限制最小脉宽使其大于盲区时间，避免IGBT过窄脉宽下的低输出大功耗状态。针对EXB841软关断保护不可靠的问题，可以在EXB841的5脚和4脚间接一个可变电阻，4脚和地之间接一个电容，都是用来调节关断时间，保证软关断的可靠性。针对负偏压不足的问题，可以考虑提高负偏压。一般采用的负偏压是-5V，可以采用-8V的负偏压，输人信号被接到15脚，EXB841正常工作驱动IGBT.图15锯齿波信号发生电路35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真图16EXB841驱动IGBT设计图主要参数：电源电压：20V最大输出功率：47mA最高工作频率：10kHz35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真4.系统参数的计算4.1电流调节器的设计(1)确定时间常数1)整流装置滞后时间常数：三相桥式电路的平均时空时间。2)电流滤波时间常数:三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波头，应有(1-2),因此取。3)电流环小时间常数之和。(4-1)4)电动势系数Ce=0.04(4-2)转矩系数Cm=30Ce/3.14=0.38电机时间常数=0.084s(4-3)(2)选择电流调节器结构根据设计要求：，电磁时间常数可按典型Ⅰ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35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真(4-4)式中——电流调节器的比例系数；——电流调节器的超前时间常数。检查对电源电压的抗扰性能：，对于Ⅰ型系统动态抗扰性能，各项指标都可以接受。(3)选择电流调节器的参数电流调节器超前时间常数：。电流环开环时间增益:要求时应取因此(4-5)电流反馈系数:(4-6)(4-7)PWM装置放大系数：35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真于是，ACR的比例系数为:(4-8)(4)校验近似条件电流环截止频率:1)检验晶闸管整流装置传递函数近似条件：(4-9)满足近似条件；2)忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：(4-10)即(4-11)满足近似条件；35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真3)小时间常数近似处理条件：，(4-12)即(4-13)满足近似条件。4)计算调节器电阻和电容调节器输入电阻为，各电阻和电容值计算如下(4-14)，(4-15)。(4-16)4.2转速调节器的设计(1)确定时间常数1)电流环等效时间常数2)转速滤波时间常数35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真3)转速环小时间常数近似处理（2）选择转速调节器结构按跟随和抗扰性能都能较好的原则,在负载扰动点后已经有了一个积分环节,为了实现转速无静差,还必须在扰动作用点以前设置一个积分环节,因此需要Ⅱ由设计要求，转速调节器必须含有积分环节，故按典型Ⅱ型系统—选用设计PI调节器，其传递函数为(4-17)(3)选择调节器的参数根据跟随性和抗干扰性能都较好的原则取，则ASR超前时间常数为转速开环增益：(4-18)ASR的比例系数：(4-19)(4)近似校验转速截止频率为：35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真(4-20)1)电流环传递函数简化条件：(4-21)即(4-22)满足简化条件。2)小时间常数近似处理条件：(4-23)现在，(4-24)(5)计算调节器电阻和电容调节器输入电阻，则(4-25)35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真，取0.2(4-26)，取1(4-27)(6)检验转速超调量当h=5时，查表得，=37.6%，不能满足设计要求。实际上，由于这是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。设理想空载起动时，负载系数z=0。(4-28)当h=5时；(4-29)因此(4-30)能满足设计要求。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真4.利用MATLAB建模并对所设计的系统进行仿真5.1MATLAB简要介绍MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。5.2双闭环调速系统仿真模型图转速波形图电流波形图1.电机转速曲线35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真在电流上升阶段，由于电动机机械惯性较大，不能立即启动。此时转速调机器ASR饱和，电流调节器ACR其主要作用。转速一直上升。当到达恒流升速阶段时，ASR一直处于饱和状态，转速负反馈不起调节作用，转速环相当于开环状态，系统为恒值电流调节系统，因此，系统的加速度为恒值，电动机转速呈线性增长直至给定转速。使系统在最短时间内完成启动，当转速上升到额定转速时，ASR的输入偏差为0，但其输出由于积分作用仍然保持限幅值，这是电流也保持为最大值，导致转速继续上升，出现转速超调。转速超调后，极性发生了变化，则ASR退出饱和。其输出电压立即从限幅值下降，住电流也随之下降。此后，电动机在负载的电阻力作用下减速，转速在出现一些小的震荡后很快趋于稳定。当突加给定负载时，由于负载加大，因此转速有所下降，此时经过ASR和ACR的调节作用后，转速又恢复为先前的给定值，反映了系统的抗负载能力很强。2.电机电流曲线35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真直流电机刚启动时，由于电动机机械惯性较大，不可以立即启动。此时转速调节器ASR饱和，达到限幅值，迫使电流急速上升。当电流值达到限幅电流时，由于电流调节器ACR的作用是电流不再增加。当负载突然增大时，由于转速下降，此时转速调节器ASR起主要作用，因此电流调节器ACR电流有所下降，同启动时一样，当转速调节器ASR饱和达到限幅值，使电流急速上升。但是由于电流值达到限幅电流时，电流调节器ACR的作用使电流不再增加。当扰动去电以后，电流调节器ACR电流又有所增加，此后电动机在负载的阻力作用下减速，电流也在出现一些晓得震荡后很快趋于稳定。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真总结脉冲宽度调制PWM(PulseWidthModulation),就是指保持开关周期T不变，调节开关导通时间t对脉冲的宽度进行调制的技术。PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术等领域最广泛应用的控制方式。利用SG3524集成PWM控制器设计了一个基于PWM控制的直流调速系统，本系统采用了电流转速双闭环控制，并且设计了完善的保护措施，既保障了系统的可靠运行，又使系统具有较高的动、静态性能。双闭环调速系统起动过程的电流和转速波形是接近理想快速起动过程波形的。按照ASR在起动过程中的饱和情况，可将起动过程分为三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节阶段。从起动时间上看，Ⅱ阶段恒流升速是主要的阶段，因此双闭环系统基本上实现了电流受限制下的快速起动，利用了饱和非线性控制方法，达到“准时间最优控制”。带PI调节器的双闭环调速系统还有一个特点，就是转速必超调。在双闭环调速系统中，ASR的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态时无静差，其输出限幅决定允许的最大电流。ACR的作用是电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压波动。该系统调速精度与调速范围要求不是很高，但与传统的晶闸管可控调速系统相比，它具有调速范围宽、快速性能好、功率因数高、结构简单等优点，使之以广泛应用于各行各业的直流调速系统当中。本系统采用了脉宽调制器SG3524来完成，它解决了PWM电路的集成化问题，在实例中就可用此芯片来实现系统的调速。35\n双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真经过努力，终于圆满的完成了本课程设计。通过亲身体验做课程设计的目的，在于通过理论与实际的结合，进一步提高我们观察、分析和解决问题的实际工作能力。大四了，马上就要进入社会开始工作，理论的学习我们或许已经掌握的很好，但实际的工作能力就是有待提高的了，通过本次设计以便积累一些经验对我们来说肯定是很有利的。参考文献[1]阮毅、陈伯时，电力拖动自动控制系统—运动控制系统（4版），北京：机械工业出版社，2003.[2]陈伯时，电力拖动自动控制系统（2版），北京：机械工业出版社，2004.[3]冯信康，电力传动控制系统原理与应用，北京：水利电力出版社，1985.[4]王兆安，刘进军，电力电子技术，北京：机械工业出版社，2000.[5]洪乃刚，电力电子、电机控制系统的建模和仿真，北京：机械工业出版社，2010.35