直流电机PWM双闭环调速系统的控制策略优化与仿真

直流电机ＰＷＭ双闭环调速系统的　控制策略优化与仿真　杨世芳摘要邹富雄　四川・成都６１１７５６）　（西南交通大学电气工程学院本文经过对仿真模型的讨论，采用Ｈ型主电路和直流ＰＷＭ．Ｍ双闭环可逆调速控制策略对直流电机调速。　运用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ搭建仿真，仿真结果显示良好的动态与静态性能，且有效抑制过流，为直流电机控制系统分　析和设计提供了有效途径。　关键词直流电动机调速ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ电力拖动自动控制系统　文献标识码：Ａ　中图分类号：ＴＭ９２１．５　直流调速系统调速范围广、稳定性好、过载能力大，具有　差，实现转速无静差。　良好的稳态、动态性能，在高性能的拖动技术领域中，可以克　服交流调速的诸多缺点，例如变频必须变压、变频变压调速的　１＿３双闭环控制系统的仿真　采用Ｈ型主电路和直流ＰＷＭ．Ｍ双闭环可逆调速模块，　两个非线性关系的问题等，直流电机调压调速，不改变电机负　直流ＰＷＭ—Ｍ调速系统在变流主电路上，采用了脉宽调制方　载的性质，并且速度与电压线性相关，较之交流调速，有更广　式，转速和电流的控制和晶闸管直流调速系统类似。本文中　泛的应用价值。为充分利用电动机的过载能力加快启动进程，　为双极式Ｈ型ＰＷＭ变换器，Ｈ型变流器调用了多功能桥，设　在单闭环系统基础上，专门加入电流调节器，构成转速一电流双　为二相桥臂、以ＩＧＢＴ为开关器件。驱动信号发生电路中输入　闭环调速系统。实现在最大电枢电流约束下的转速最快过渡　脉宽调制信号，输出四路ＩＧＢＴ的驱动信号。ＩＧＢＴ模块模拟　过程。由于双闭环调速系统调速范围广、精度高、动态性能好、　控制的ＢＪＴ或ＩＧＢＴ的栅极电流，由Ｓｉｍｕｌｉｎｋ信号开关控制。　易于调节与控制的优点，在工业生产过程及电气传动领域中　直流电动机使用的预设模式（５ＨＰ２４０Ｖ１７５０ＲＰＭ），它模拟一　得到广泛应用。　个负载转矩与转速的平方成正比的负载。　１双闭环调速系统的设计与仿真　在主电路模型中控制信号通过互动开关与ＰＷＭ分支电　为了优化单闭环系统的调速过渡过程，同时克服几个信　路模块连接，因此双击开关就可以控制电动机正转或反转。转　号综合在一个调节器输入端的不便，将被控量电机转速与电　速、电流双闭环控制，串连转速调节器ＡＳＲ和电流调节器ＡＣＲ　流分别加以控制，形成转速——电流双闭环调速系统。　１．１双闭环调速系统的结构　，ＡＳＲ和ＡＣＲ都采用带输出限幅的ＰＩ调节器。　电机沿正方向启动，占空比为７５％（平均直流电压１８０Ｖ）；　双闭环调速系统采用转速——电流双闭环控制，其中电　在２ｓ时电枢电压突然逆转，电机运行沿逆方向，得到系统从　流调节环为系统的内环，速度调节环为外环。将电动机监测　正转起动至反转运行过程中转速和电枢电流对转速给定的响　速度与给定速度相比较，其偏差经ＰＩ调节形成电流参考值，　波，从而调整电机电枢两端的平均电压，改变直流电动机的转　速。实现转速负反馈与电流负反馈双重控制。　．　应波形。在转速达到额定值２４００ｒ／ｍｉｎ后，电流下降为４Ａ左　再与实际电流相比较，经ＰＷＭ调制得到占空比可调的调制　右，正转制动和反转起动约用时１．５ｓ，达到稳定状态。　１．２双闭环调速系统的设计与数学模型　定逮＆　＼　机转蘧　假设电机补偿良好，忽略电枢反应、涡流效应和磁滞，并　假定励磁电流恒定，整理得到电流与电压以及电动势与电流之　间的传递函数分别为：　厶（　）　一１／Ｒ　图１：转速波形　图２：电枢电流波形　ＡＳＲ从起动到稳定运行经历了两个状态，即饱和限幅输　出与线性调节状态，其中限幅输出起到了很好的过流保护作　用，抑制过电流；ＡＣＲ从起动到稳定运行仅工作在线性调节状　态，对于起动特性、调速特性、制动特性均达到预期目的。超　ｉ—Ｔ￣ｓ＋１　Ｅ（ｓ）　二　Ｒ　一一　式中：Ｔ　＝Ｌ／Ｒ为电枢回路的电磁时间常数（ｓ）；Ｉ￣＝ＴＬ／Ｃ　　为负载电流（Ａ）；Ｔ　为电流拖动系统的机电时间常数（ｓ）。考　调量较小，抗干扰性能优势明显。调节速度迅速、稳定、准确。２结语　虑ｎ＝Ｅ／Ｃ。，可得直流电动机的动态结构。　１．２　ＰＩ调节器设计　本文经过对仿真模型的讨论，采用Ｈ型主电路和直流　Ｍ双闭环可逆调速系统设计与仿真，对ＰＷＭ发生器、　在电机控制模块中，加入微分环节会抑制系统的变化影　ＰＷＭ—ＰＩ调节环节、驱动器等模块进行了仿真建模，得仿真总图。仿　响变化速率，所以本文中并没有加入微分环节。　计算转速环（ＡＳＲ）与电流环（ＡＣＲ）的闭环传递函数及开　真结果良好。超调量小，起动速度快，调速稳定，有效过流保　　环传递函数后，均采用ＰＩ算法，使转速调节器ＡＳＲ输入无偏　护，效果良好。１５０　一科教导刊ｒ电子版ｊ・２０１４年第７期ｒ中ｊ一