pwm调制matlab仿真,PWM脉冲调制直流电机的simulink仿真

PWM脉冲调制直流电机的simulink仿真

仿真模型构建

电机原理

直流电机的4个动态特性方程式分别为&＃xff1a;

对上述式子去拉普拉斯变换并整理得&＃xff1a;

其中

T

c

T_c

Tc​为电机轴上的总阻转矩。画出电机的系统传递函数框图&＃xff1a;

代入相应数据后&＃xff0c;结合实际情况&＃xff0c;我们考虑使用如下改进从而进一步增加实用性。

将其封装作为一个子模块如图&＃xff1a;

H桥原理

H桥电机驱动电路的核心包括4个MOSFET管和1个电机&＃xff0c;如下图所示。

电路工作原理如下:为了使电机运转&＃xff0c;必须导通对角线上的一对MOSFET管。根据不同MOSFET管对的导通情况&＃xff0c;电流可能会从左至右或从右至左流过电机&＃xff0c;从而控制电机的转向。当Q3管和Q6管导通时&＃xff0c;电流从电源正极经Q3从左至右穿过电机&＃xff0c;再经Q6回到电源负极&＃xff0c;该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当MOSFET管Q4和Q5导通时&＃xff0c;电流将从右至左流过电机&＃xff0c;驱动电机逆时针转动。通过控制PWM波形的占空比&＃xff0c;达到对电机调速的目的。我们使用单极性PWM波和方向信号控制电机的转速和转向。

H桥左边的附加电路的作用是方便单极性PWM波控制H桥4个MOSFET管的通断。其中V_GND模块是测量电路中该点相对GND的电势。分析可知通过R1&＃xff0c;R11的上拉&＃xff0c;电路在附加电路的MOSFET管未导通时&＃xff0c;输出高电平。所以Dir1&＃xff0c;Dir2输入端口输入LOW&＃xff0c;HIGH信号即可使Ua端口输出正值。

电路中所有的N沟道MOSFET饱和导通电压阈值为1v&＃xff0c;P沟道MOSFET饱和导通电压阈值为-1&＃xff1b;H桥中的二极管起到续流的作用。附加电路的二极管的作用是保证只接受正电压。

我们将该电路封装成一个子模块如下图。其中Vcc是电机能达到的最大工作电压。

方向信号控制原理

如图&＃xff0c;方向信号为正时只有Dir1会输出PWM信号&＃xff0c;而Dir2端口输出低电平信号。同理&＃xff0c;方向信号为负时&＃xff0c;只有Dir2会输出PWM信号&＃xff0c;Dir1端口输出低电平信号。结合H桥及其附属电路模块&＃xff0c;我们可以用Dir信号控制电机转动方向。

我们上图封装成一个子模块如下图&＃xff1a;

电机驱动模块原理

结合方向模块和H桥及其附属电路模块&＃xff0c;我们得到电机驱动的模块。接上48V的Vcc后&＃xff0c;我们得到如下图模块。

我们将其封装成子模块如图&＃xff1a;

PWM生成原理

在本次模拟实验中&＃xff0c;我们直接使用simulink中的一个PWM模块&＃xff1a;

它的原理是&＃xff1a;

我们输入一个阈值DC&＃xff0c;选择载波类型(单边锯齿波和双边锯齿波)。然后当高于DC的时刻就输出低电平&＃xff0c;低于阈值的时刻就输出高电平。这里我们选择上升沿的单边锯齿波(如上图)。由于载波的幅值为1&＃xff0c;所以我们的阈值就是占空比值。载波的频率就是我们PWM波的频率。

最后&＃xff0c;我们需要将PWM波的幅值变换到0~5V&＃xff0c;以便我们控制使用。

电机仿真总模型

综上&＃xff0c;我们得到了PWM驱动的直流电机的仿真图(如图1.12)。输入PWM波(通过调节duty circle来调节占空比的值)和方向信号(输入正值就正转&＃xff0c;负值就反转)&＃xff0c;可以通过Scope观察各个输出量的信号。

其中theta是转过的角度&＃xff0c;omega是转动的角速度&＃xff0c;Magnet_Torque是产生的电磁力矩(减去阻力矩之前的值)&＃xff0c;Ia是电机的电流&＃xff0c;Ua是电机的外部输入电压。

所分析的直流电机&＃xff0c;

k

e

&＃61;

k

t

&＃61;

1

V

/

(

r

a

d

/

s

)

k_e&＃61;k_t&＃61;1V/(rad/s)

ke​&＃61;kt​&＃61;1V/(rad/s)&＃xff0c;R&＃61;1.6欧&＃xff0c;L&＃61;16mH,驱动电压48V,轻负载时转动惯量

0.02

k

g

⋅

m

2

0.02kg\cdot m^2

0.02kg⋅m2&＃xff0c;重负载时转动惯量

0.4

k

g

⋅

m

2

0.4kg\cdot m^2

0.4kg⋅m2,轻载时阻力矩

1.6

N

⋅

m

1.6N\cdot m

1.6N⋅m&＃xff0c;重载时阻力矩

8

N

⋅

m

8N\cdot m

8N⋅m。PWM开关频率16kHz。

simulink源文件供下载

文中分析的模型完全可以自己搭建。所有部分均已提及。另外MATLAB自带有PWM调制的直流电机模型&＃xff0c;不过直流电机模型是一个模块实现。本文是通过传递函数实现。

这里是simulink的源文件供下载&＃xff0c;使用的是MATLAB2018a

标签&＃xff1a;MOSFET,信号,电机,simulink,电路,模块,脉冲调制,PWM

来源&＃xff1a; https://blog.csdn.net/tjh7808/article/details/111641820