MATLAB仿真实现PWM直流调速系统设计与分析

"PWM脉宽调制直流调速系统设计及MATLAB仿真验证" PWM脉宽调制（Pulse Width Modulation）技术是现代电力电子和电机控制领域中的关键方法之一，广泛应用于直流调速系统中。该技术通过改变脉冲宽度来调整输出电压的平均值，从而实现对负载的精细控制。在本设计中，目标是建立一个基于MATLAB的转速和电流双闭环控制的H型双极式PWM直流调速系统。 首先，设计目标包括理解和掌握PWM直流调速系统的工作原理以及如何利用MATLAB进行系统仿真。具体来说，系统采用H型桥式可逆PWM变换器，这是一种由四个全控型电力电子器件（通常是IGBT或MOSFET）组成的电路结构，可以实现电动机的正反转控制，并通过改变脉冲宽度来调整电动机的转速。 双极式PWM调速系统的特点在于，电流始终连续，电动机可以在四个象限运行，这使得它能够实现正反转及制动功能。此外，微振电流能消除静摩擦死区，提高低速时的平稳性和调速范围。然而，这种控制方式的缺点是开关器件的开关损耗较大，且需防止上、下桥臂直通，通常需要在驱动脉冲间引入逻辑延时。 系统的核心是转速和电流双闭环控制。转速环作为外环，负责设定和跟踪期望的电机转速，通常由速度调节器（ASR）构成。电流环作为内环，控制电机的电枢电流，确保电流稳定，通常由电流调节器（ACR）实现。两个调节器的输出电压分别控制PWM波形的占空比，以调整电枢电压和电机转速。 在MATLAB仿真过程中，需要计算电流环和转速环的参数，包括调节器的增益、截止频率等。一旦参数确定，即可编写MATLAB代码来模拟双闭环系统的动态响应。在仿真中，将绘制启动时的转速、起动电流、直流电压Ud、ASR和ACR输出电压的波形，同时考虑ACR限幅值的情况，以观察系统在不同条件下的性能。 对于仿真分析，需要比较有无ACR限幅值时系统的行为，分析其对系统稳定性、响应速度和电流波形的影响。这有助于优化控制器参数，以实现更好的动态性能和鲁棒性。通过这种方式，设计者可以深入理解PWM调速系统的工作机制，并为实际应用提供理论依据和实验数据。 本设计涵盖了从理论基础到实践操作的全过程，通过MATLAB仿真工具，加深了对PWM脉宽调制技术在直流调速系统中的应用和控制策略的理解。