4.Собрать схему импульсной системы с ЧИМ в соответствии с рис. 7.1 б, в качестве входного сигнала использовать элемент Sine Wave.
5.Исследовать влияние на работу системы варьирование параметра .
Таблица
Вариант |
Значения параметров |
Wл(p) |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
||||
1 |
10 |
2 |
0.1 |
10/(p+0.1) |
|
2 |
5 |
1 |
0.05 |
7/(p2+0.25p+1) |
|
3 |
12 |
0.5 |
0.01 |
6/(p2+0.1) |
|
4 |
3 |
1 |
0.1 |
100/(p2+p) |
|
5 |
25 |
5 |
0.1 |
20/(p2+p+1) |
|
6 |
8 |
2 |
0.1 |
15/(p+1) |
|
7 |
2 |
0.5 |
0.1 |
11/(p+0.5) |
|
8 |
3 |
0.6 |
0.01 |
9/(p2+0.9) |
|
9 |
18 |
6 |
0.01 |
90/(p2+p) |
|
10 |
8 |
2 |
0.1 |
8/(p2+0.09p+1) |
|
7.3. Содержание отчета
1.Титульный лист.
2.Цель работы.
3.Расчетные схемы согласно варианту, выполненные в Matlab Simulink.
4.Осциллограммы исследуемых переменных.
5. Выводы по исследованию реакции импульсной системы на изменение параметров частотно-импульсного модулятора.
7.4.Контрольные вопросы
1.Дайте определение ЧИМ.
2.Опишите принцип работы частотно-импульсного модулятора.
3.Регулирование каких параметров частотно-импульсного модулятора оказывает влияние на качество выходного сигнала импульсной системы с ЧИМ?
4.Какую форму принимает входной сигнал на выходе частотноимпульсного модулятора?
5.Приведите примеры применения импульсных систем с ЧИМ.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8: ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОЙ СИСТЕМЫ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
Цель работы: исследование реакции импульсной системы на изменение параметров широтно-импульсного модулятора.
25
8.1. Общие сведения
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – это способ формирования импульсных сигналов в системах управления, состоящий в изменении длительности при неизменной частоте следования импульса. В зависимости от реализации ШИМ можно разделить на аналоговый и цифровой.
В ШИМ-генераторах аналогового типа, управляющий сигнал формируется аналоговым компаратором, когда на инвертирующий вход компаратора подается треугольный или пилообразный сигнал («пила»), называемый также опорным, а на неинвертирующий – мо-
дулирующий непрерывный сигнал. Выходные импульсы ШИМ –
модулятора имеют прямоугольную форму, частота их следования равна частоте «пилы». Длительность импульса зависит от времени, в течение
Рис. 8.1. Схема ШИМ в Simulink которого уровень модулирующего сигнала превышает уровень «пилы». В случае, когда уровень «пилы» выше уровня модулирующего сигнала, на выходе будет нулевая часть импульса.
Для получения первого представления о принципе работы ШИМ, необходимо в программной среде Matlab Simulink собрать схему, изображенную на рис. 8.1. Для наглядности аналоговый компаратор заменяется блоком сравнения Relational Operator библиотеки Similink/Logical Operations, в кото-
ром верхний вход эквивалентен неинвертирующему входу аналогового компаратора, а нижний вход, соответственно, инвертирующему. На входы блока
Relational Operator поступают:
–модулирующий сигнал синусоидальной формы с блока Sine Wave;
–опорный сигнал пилообразной формы с блока Repeating Sequence. Результаты моделирования схемы получения ШИМ сигнала приведены
на рис. 8.2.
Рассмотрим работу ШИМ-генератора на примере модели импульсного стабилизатора тока.
26
1.0
Uвх, 0.0
В
–1.0
1.0
Uвых,
В
0.0 |
|
0.02 |
0.0 |
0.01 |
t, c
Рис. 8.2. Результаты моделирования схемы ШИМ
На практике данный вид стабилизаторов часто применяется в системах заряда аккумуляторных батарей с целью ограничения зарядного тока, а также для ликвидации токового броска при подключении емкостной нагрузки к источнику постоянного напряжения. Как правило, для управления током нагрузки применяется единственный силовой ключ (IGBT – транзистор), управляемый ШИМ-генератором. Модель стабилизатора тока в Matlab Simulink приведена на рис. 8.3.
Рис. 8.3. Модель стабилизатора тока в Matlab Simulink
Импульсный стабилизатор тока в данном случае работает на активноиндуктивную нагрузку и имеет обратную связь по току нагрузки. Управление силовым ключом осуществляется сигналом gate.
27
8.2. Порядок выполнения работы
1.Создать новую модель в Matlab Simulink: File New Simulink Model. 2. Во вкладке Configuration Parameters/Solver задать следующие
настройки расчета переходных процессов:
Type – Fixed step; Fixed step size – 1e–4.
3. Для обеспечения работы модели добавить блок powergui со следую-
щими параметрами: Simulation time – Discrete; Solver type – Tustin; Sample time – 1e–4.
4.Собрать схему импульсного стабилизатора тока, задать параметры сети, опорного сигнала («пилы»), задания тока и нагрузки согласно варианту из таблицы вариантов.
5.Подобрать параметры ПИД-регулятора таким образом, чтобы в модели обеспечивалась стабилизация заданного значения тока. Полученные в блоке Scope графики и параметры ПИД-регулятора привести в отчете.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lвх, |
Rвх, |
С1, |
|
Параметры нагрузки |
|
Параметры опор- |
|||
Вариант |
Uвх, В |
Iз, А |
ного сигнала |
|||||||
мГн |
Ом |
мФ |
|
|
||||||
|
|
Rн, Ом |
Lн, мГн |
|
Uоп, В |
fоп, кГц |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
2 |
0.01 |
7 |
100 |
0.01 |
10 |
100 |
1.0 |
1.0 |
|
2 |
2 |
0.01 |
7 |
120 |
0.15 |
11 |
110 |
1.5 |
1.1 |
|
3 |
2 |
0.01 |
7 |
140 |
0.20 |
9 |
120 |
1.2 |
1.6 |
|
4 |
2 |
0.01 |
7 |
160 |
0.07 |
8 |
130 |
3.0 |
1.5 |
|
5 |
2 |
0.01 |
7 |
180 |
0.13 |
7 |
140 |
1.5 |
1.4 |
|
6 |
2 |
0.01 |
7 |
200 |
0.10 |
12 |
150 |
1.5 |
1.3 |
|
7 |
2 |
0.01 |
7 |
180 |
0.13 |
13 |
160 |
2.0 |
1.7 |
|
8 |
2 |
0.01 |
7 |
160 |
0.18 |
14 |
170 |
2.5 |
1.9 |
|
9 |
2 |
0.01 |
7 |
130 |
0.09 |
15 |
180 |
1.8 |
2.5 |
|
10 |
2 |
0.01 |
7 |
100 |
0.11 |
10 |
190 |
2.5 |
2.0 |
|
8.3. Содержание отчета
1.Титульный лист.
2.Цель работы.
3.Расчетные схемы согласно варианту, выполненные в Matlab Simulink.
4.Осциллограммы исследуемых переменных.
5. Выводы по исследованию реакции импульсной системы на изменение параметров широтно-импульсного модулятора.
8.4. Контрольные вопросы
1. Дайте определение ШИМ.
28
2.Опишите алгоритм формирования синусоидального ШИМ сигнала.
3.Что представляет собой импульсный стабилизатор тока? Перечислите основные функции.
4.Перечислите основные способы поддержания качества стабилизированного тока.
5.В чем заключается опасности работы IGBT – транзистора?
29