1、湖北理工学院计算机仿真技术考试答卷设计名称： 直流 PWM-M 可逆调速系统 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 湖北理工学院电气学院受限单极式直流 PWM-M 可逆调速系统仿真1 H 主电路的仿真直流 PWM-M 调速系统的主电路组成如图 1 所示，主电路由 4 个电力场效应晶体管 VT14 和四个续流二极管 VD14 成 H 型连接组成。当 VT1 和 VT4导通时，有正向电流 i1 通过电动机 M，电动机正转；当 VT2 和 VT3 导通时，有反向电流 i2 通过电动机 M，电动机反转。VT14 的驱动信号的调制原理如图2 所示，在三角波与控制信号 Uct 相交
2、时，分别产生驱动信号 Ub1、Ub4 和Ub2、Ub3。图 1 直流 PWM-M 系统主电路图 1 直流 PWM-M 系统主电路图 2 直流 PWM 调制图 1 直流 PWM-M 系统主电路的仿真模型如图 3 所示。图中 H 型变流器调用了多功能桥（Universal Bridge） ，其参数设为两相桥臂，AB 在交流输出端，开关器件为 MOSFET（见图 4） 。多功能桥模块参数设 ABC 在交流输出端时本来就是用于逆变，现在用于直流 PWM 变流时，其驱动电路需另需设计。设计的双极式驱动控制电路如图 5 所示，图中输入端 In1 接脉宽调制信号 Uct，输出端 Out1 输出 4 路 MO
3、SFET 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 VT1 和 VT2 的驱动信号，下方的 PWM 发生器产生 VT3 和 VT4 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驱动顺序一致，模型中加入一个选择器模块（Selector） ，调整了秒冲序列。因为 MOSFET 有导通和关断时间，为了避免上下桥臂的两个管子同时导通和关断，造成桥臂的直通现象，需要有“死时”限制，这里采取的办法是使下方的 PWM 发生器输入的控制信号为（ Uct+0.001）,即将 Uct 略为抬高，使下方的 PWM 发生器信号
4、变窄一些，这样上下两个管子就不会同时导通和关断。图 3 直流 PWM-M 系统仿真模型图 4 多功能桥参数对话框图 5 双极式 PWM 驱动信号发生电路在主电路模型中控制信号 Uct 通过互开关与 PWM 分支模块连接，因此双击互动开关模块就可以选择控制信号 Uct 和-Uct, 控制电动机的正转或反转。2 受限单极式直流 PWM 可逆调速系统的仿真受限单极式直流 PWM 可逆调速系统的仿真模型如图 6 所示，模型在直流PWM-M 系统主电路模型的基础上增加了转速调节器 ASR 和电流调节器ACR，ASR 和 ACR 都采用带输出限幅的 PI 调节器（图 7） 。模型参数设置如表1:图 6 受
5、限单极式直流 PWM-M 可逆调速系统模型图 7 转速调节器 ASR 和电流调节器 ACR表 1 直流 PWM 可逆调速系统调节器参数参数 转速调节器 ASR 电流调节器 ACR放大倍数 kp 23.5 35.6积分时间常数 i 0.52 0.003调节器输出限幅 100.98转速反馈系数 Alpha=0.0047电流反馈系数 Beta=0.83受限单极式控制在正转时 VT1 起 PWM 控制，VT4 始终处于到通过状态，而 VT2 和 VT3 关断，在反转时 VT2 作 PWM 控制， VT3 始终处于到通过状态，而 VT1 和 VT4 关断。因此在正反转中，H 桥的 4 个开关管中只有一个
6、管子（VT1 或 VT2）处于 PWM 开关状态，其他三个管子状态不变（恒通或恒关） ，这样不仅避免了 H 桥上下桥臂开关管的直通可能，也减少了管子的损耗，所以受限单极式是直流 PWM-M 调速系统的常用方案。受限单极式直流 PWM-M 可逆调速的仿真模型的控制器 PWM 结构如图 8所示，控制端有两个输入端，其中 In1 来自电流调节器，另一个输入端 In2 连接转速给定，两个比较器 Compare To Zero 用于判断转速给定的方向，当转速给定的信号满足比较条件时，Compare To Zero 输出为“1” ，该“1” ，信号控制触发器（Enable Symtem1 或 Enable
7、 Symtem2） ，使 PW Generator 输出的脉冲可以通过，发别出发开关器件 VT1 和 VT2。并且在转速给定为正时，比较器Compare To Zero 输出为 “1”,是 VT4 导通，在转速给为负时，比较器 Compare To Zero 输出为“0” ，VT4 处于关断状态；比较器 Compare To Zero1 的作用与此相同，用于控制 VT3 的通断。模型的参数设置如下，仿真算法用 ode45。图 8 受限单极式 PWM 结构图 9 为电动机从正转到反转（1.7s 时人为把开关从 +10 打到10）的过程中 H 桥 4 个开关器件的电流波形，ivt1 中电流在时间 1.7s 前的正向电流是正转时通过 VT1 的电流，1.7s 后的电流是反转时通过二极管 VD1 的续流电流。ivt2中电流在时间 1.7s 前的正向电流是正转时通过 VD2 的电流，1.7s 后的电流是反转时通过二极管 VT2 的续流电流。ivt4 反应了正转时 VT1 导通有电流流过，反转时 VT4 关断没有电流，ivt3 反应了 VT3 的工作情况。（a）电枢电流 ia（a）（b）电动机转速 n（b）（c）电动机转矩 Te(d) TV 波形图 9 受限单极式直流 PWM-M 可逆调速系统模型仿真结果图
