CN113341763A - 一种直流电动机调速仿真平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流电动机调速仿真平台，所述仿真平台包括：主电路和基于模拟电子器件搭建的控制电路，所述控制电路与所述主电路连接；所述主电路和所述控制电路均在PSIM软件中搭建；所述控制电路用于根据从所述主电路采集的实际的转速值和实际的电流值，产生用于主电路控制的PWM调制信号输出给所述主电路，以控制主电路中的直流电动机的转速。本发明通过在PSIM软件中搭建主电路和在PSIM软件中基于模拟电子器件搭建控制电路，实现了PWM控制直流电动机调速系统的仿真。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术仿真技术领域，特别是涉及一种直流电动机调速仿真平台。
背景技术
PWM控制直流电动机调速系统由电源、二极管整流电路、滤波电容、基于PWM控制的全桥DC-DC变换电路、直流电动机和控制系统构成。控制系统采用闭环控制，控制系统存在两个闭环，分别是转速控制闭环和电流控制闭环。
在PWM控制直流电动机调速系统仿真过程中，多数软件具有如下特点：具有电动机模型的仿真软件中，应用模拟电子器件实现控制系统较为困难，系统过于复杂而可能导致仿真无法运行，如何实现PWM控制直流电动机调速系统的仿真，以更好的应用于控制系统调试和教学中，成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流电动机调速仿真平台，以实现PWM控制直流电动机调速系统的仿真。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种直流电动机调速仿真平台，所述仿真平台包括：主电路和基于模拟电子器件搭建的控制电路，所述控制电路与所述主电路连接；所述主电路和所述控制电路均在PSIM软件中搭建；
所述控制电路用于根据从所述主电路采集的实际的转速值和实际的电流值，产生用于主电路控制的PWM调制信号输出给所述主电路，以控制主电路中的直流电动机的转速。
可选的，所述主电路包括从输入到输出依次连接的电源us、变压器、二极管整流桥、全桥DC-DC变换器、直流电动机和电动机负载；
所述全桥DC-DC变换器的正极输出端和所述直流电动机的正极输入端之间串联有滤波电感和测量电阻；
所述全桥DC-DC变换器的输入端并联有电解电容。
可选的，所述控制电路包括基于模拟电子器件搭建的开关电源、零速封锁电路、转速检测与保护电路、电流检测与保护、调节器电路、PWM控制电路和驱动电路；
所述开关电源分别与零速封锁电路、转速检测与保护电路、电流检测与保护、调节器电路、PWM控制电路和驱动电路连接；所述开关电源用于提供电源。
转速检测与保护电路分别与主电路中的直流电动机的转速传感器、零速封锁电路、调节器电路和电流检测与保护电路连接，用于根据转速传感器采集的实际的转速值，产生外环保护信号、转速反馈信号和转速指令信号，并将转速反馈信号和转速指令信号发送给所述零速封锁电路和所述调节器电路，将外环保护信号发送给所述电流检测与保护电路；
所述零速封锁电路与所述调节器电路，所述零速封锁电路用于根据转速反馈信号和转速指令信号，产生零速封锁信号输出至所述调节器电路；
电流检测与保护电路与主电路中的测量电阻的两端连接，所述电流检测与保护电路还分别与所述调节器电路和驱动电路连接，所述电流检测与保护电路用于检测主电路的直流电动机的电流，并根据所述外环保护信号和直流电动机的电流产生电流反馈信号和保护信号，并将所述电流反馈信号发送给所述调节器电路，将所述保护信号发送给所述驱动电路；
调节器电路与所述PWM控制电路连接，所述调节电路用于以速度调节作为外环以电流调节作为内环，根据转速反馈信号、转速指令信号、电流反馈信号和零速封锁信号，进行PI控制，生成调制波信号输出给所述PWM控制电路；
PWM控制电路与驱动电路连接，所述PWM控制电路用于根据所述调制波信号生成PWM控制信号，输出给所述驱动电路；
所述驱动电路与所述主电路的全桥DC-DC变换器的控制端连接，所述所述驱动电路用于根据所述外环保护信号和所述PWM控制信号生成驱动信号，对所述全桥DC-DC变换器进行驱动。
可选的，所述转速检测与保护电路包括：二阶低通滤波电路、基于电压生成电路、保护信号锁存与输出电路、转速指令生成电路和转速信号反向输出电路；
所述二阶低通滤波电路的输入端与主电路中的直流电动机的转速传感器连接；所述二阶低通滤波电路的输出端分别与保护信号锁存与输出电路的第一输入端和转速信号反向输出电路的输入端连接；
基于电压生成电路与保护信号锁存与输出电路的第二输入端连接，所述保护信号锁存与输出电路的输出端和所述电流检测与保护电路连接，用于生成外环保护信号并输出给所述电流检测与保护电路；
转速信号反向输出电路的输出端分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路，用于生成转速反馈信号发送给所述零速封锁电路和所述调节器电路；
转速指令生成电路分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路，用于生成转速指令信号发送给所述零速封锁电路和所述调节器电路。
可选的，所述二阶低通滤波电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和运算放大器U1，电阻R1的一端与主电路中的直流电动机的转速传感器连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1的第二输入端连接，运算放大器U1的第一输入端与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的输出端还分别与保护信号锁存与输出电路的第一输入端和转速信号反向输出电路的输入端连接，所述电容C1连接在运算放大器U1的第二输入端的接地端之间，所述电容C2连接在电阻R1的另一端和运算放大器U1的输出端之间。
可选的，所述基于电压生成电路包括电阻R3、电位器WR1和运算放大器U2；
所述电阻R3和所述电位器WR1串联在+15V电源端和接地端之间，所述电位器WR1的可变阻值输出端与所述运算放大器U2的第二输入端连接，所述运算放大器U2的第一输出端与所述运算放大器U2的输出端连接，所述运算放大器U2的输出端还与所述保护信号锁存与输出电路的第二输入端连接。
可选的，所述保护信号锁存与输出电路包括：运算放大器U3、非门U4、电阻R6、发光二极管LED1、电阻R7、电阻R8和CD4042芯片U6、非门U8、三极管Q1、电阻R11和发光二极管LED2；
所述运算放大器U3的第一输入端和第二输入端分别与二阶低通滤波电路的输出端和基于电压生成电路的输出端连接，所述运算放大器U3的输出端与所述非门U4的输入端连接，所述非门U4的输出端与所述CD4042芯片U6连接；
所述电阻R6的一端与+5V电源端连接，所述电阻R6的另一端与发光二极管LED1的阴极连接，发光二极管LED1的阳极与CD4042芯片U6连接；
所述电阻R7的一端与接地端连接，所述电阻R7的另一端与电阻R8的一端及CD4042芯片U6连接；所述电阻R8的另一端与CD4042芯片U6连接；
所述电阻R7的另一端还与非门U8的一端连接，非门U8的另一端分别与三极管Q1的控制端和电流检测与保护电路连接；
发光二级光LED2的阳极与+15V电源端连接，所述发光二级光LED2的阴极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极与接地端连接。
可选的，所述转速信号反向输出电路包括：电阻R4、电阻R5和运算放大器U5；
所述电阻R4的一端与二阶低通滤波电路的输出端连接，所述电阻R4的另一端与运算放大器U5的第一输入端连接，所述运算放大器U5的第二输入端与接地端连接，所述电阻R5连接在所述运算放大器U5的第一输入端与运算放大器U5的输出端之间；所述运算放大器U5的输出端还分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路连接。
可选的，所述转速指令生成电路包括：电阻R9、电阻R10和运算放大器U7；
所述电阻R9和所述电阻R10串联在+15V电源端和接地端之间，所述电阻R9和所述电阻R10的连接点与所述运算放大器U7的第二输入端连接；
所述运算放大器U7的第一输入端与所述运算放大器U7的输出端连接；
所述运算放大器U7的输出端还分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路连接。
可选的，所述PWM控制电路包括：PWM生成电路和逻辑控制电路；
所述PWM生成电路的输入端与调节器电路的输出端连接，所述PWM生成电路的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接，所述逻辑控制电路的输出端与所述驱动电路连接；
所述PWM生成电路包括SG3525芯片，所述逻辑控制电路包括多个非门。
可选的，所述驱动电路包括EXB840芯片。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种直流电动机调速仿真平台，所述仿真平台包括：主电路和基于模拟电子器件搭建的控制电路，所述控制电路与所述主电路连接；所述主电路和所述控制电路均在PSIM软件中搭建；所述控制电路用于根据从所述主电路采集的实际的转速值和实际的电流值，产生用于主电路控制的PWM调制信号输出给所述主电路，以控制主电路中的直流电动机的转速。本发明通过在PSIM软件中搭建主电路和在PSIM软件中基于模拟电子器件搭建控制电路，实现了PWM控制直流电动机调速系统的仿真。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的直流电动机调速仿真平台的仿真原理图；
图2为本发明提供的转速检测与保护电路基于PSIM软件的仿真平台的仿真原理图；
图3为本发明提供的电流检测与保护电路基于PSIM软件的仿真平台的仿真原理图；
图4为本发明提供的调节器电路基于PSIM软件的仿真平台的仿真原理图；
图5为本发明提供的PWM控制电路基于PSIM软件的仿真平台的仿真原理图；
图6为本发明提供的驱动电路基于PSIM软件的仿真平台的仿真原理图；
图7为本发明提供的零速封锁电路基于PSIM软件的仿真平台的仿真原理图；
图8为本发明提供的直流电动机调速仿真方法的流程图；
图9为本发明提供的直流电动机调速仿真平台的仿真结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种直流电动机调速仿真平台，以实现PWM控制直流电动机调速系统的仿真。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种直流电动机调速仿真平台，所述仿真平台包括：主电路和基于模拟电子器件搭建的控制电路，所述控制电路与所述主电路连接；所述主电路和所述控制电路均在PSIM软件中搭建；所述控制电路用于根据从所述主电路采集的实际的转速值和实际的电流值，产生用于主电路控制的PWM调制信号输出给所述主电路，以控制主电路中的直流电动机的转速。
如图1所示，本发明的直流电动机调速仿真平台的包含电源us、变压器、二极管整流桥(VD5至VD8)、电解电容C、全桥DC-DC变换电路(V1至V4)、滤波电感L、测量电阻R、直流电动机M和电动机负载T。us为输入的交流电源，其有效值为220V，两个输出端与变压器两个输入端连接，变压器变比为1:1；变压器的输出端与二极管整流桥的输入端连接，二极管整流桥由VT5、VT6、VT7和VT8构成，VT5与VT6串联，VT7与VT8串联，两组二极管串联后并联构成了二极管整流桥；二极管整流桥的两个输出端与为电解电容C的两个输入端相连，同时也与全桥DC-DC变换电路的输入端连接，电解电容的值为1000μF，其电压为直流电压，由4个IGBT模块(V1至V4)构成了全桥DC-DC变换电路，V1与V2串联，V3与V4串联，两组IGBT模块串联后并联构成了全桥DC-DC变换电路；全桥DC-DC变换电路的两个输出端与由电感L、测量电流用采样电阻R和电动机负载M构成的模块连接，电感L、测量电流用采样电阻R和电动机负载M为串联关系，电感L的值为20mH，起到滤波作用，采样电阻R的值为0.1Ω，电动机负载M的电压为uo。
控制电路包括开关电源S1、零速封锁电路S2、转速检测与保护电路S3、电流检测与保护电路S4、调节器电路S5、PWM控制电路S6和驱动电路S7构成。开关电源S1与S2至S7连接，提供+15V、-15V、+5V和GND。转速检测与保护电路S3与直流电动机M的转速测量传感器连接，接收转速测量传感器信号，同时S3输出外环保护信号、转速反馈信号和转速指令信号；零速封锁电路S2与转速检测与保护电路S3连接，接收转速反馈信号和转速指令信号，输出零速封锁信号，如果转速接近0，给调节器电路S5提供封锁信号，使得调节器电路输出为零；电流检测与保护电路S4与测量电阻R的两端连接，也与S3相连以接收S3输出的外环保护信号，S4检测电动机M的电流，输出电流反馈信号、保护信号和断路器控制信号；调节器电路S5与S2、S3和S4连接，接收S3输出的转速反馈信号和转速指令信号，还接收S4输出的电流反馈信号，还接收S2输出的零速封锁信号；PWM控制电路S6输入端与调节器电路S5的输出端连接，在S5中转速反馈信号和电流反馈信号，与外环的转速指令和内环的电流指令分别进行比较后进行PI控制，输出调制波信号给PWM控制电路；驱动电路S7的输入端与PWM控制电路S6的输出端连接，接收S2输出的保护信号，驱动电路生成4路驱动信号与全桥DC-DC变换电路中的IGBT模块(V1至V4)的栅极相连，驱动全桥DC-DC变换电路。
在控制系统的转速控制闭环中，给出转速指令值，和实际的转速值比较后经过一个PI调节器生成一个直流电流指令信号，其大小和PWM控制直流电动机调速系统的电机转速成正比。在电流闭环中生成驱动脉冲，控制开关器件V1至V4，得到负载侧的脉冲电压，对直流电流的值进行控制，使得直流电流直接跟踪指令电流值，其中两个闭环都是负反馈系统。稳态时，转速控制闭环使得电动机转速等于指令转速。当直流电动机的功率减小时，电动机转速增大，指令转速和实际电动机转速的差反偏，使PI调节器输出的电流指令减小，全桥DC-DC变换电路输出电流跟踪电流指令的值也将减小，输出功率减小，使电动机转速减小，达到新的稳态时电动机转速等于指令转速，而全桥DC-DC变换电路输出电流则稳定在新的较小的值，形成负反馈闭环控制。当直流电动机的功率增大而使电流增加时，调节过程和上述过程相反。
如图2所示，本发明的转速检测与保护电路基于PSIM软件的仿真平台，电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和运算放大器U1构成了二阶低通滤波电路，滤除转速信号的高频分量；电阻R3、电位器WR1和运算放大器U2构成基于电压生成电路；运算放大器U3、非门U4、电阻R6、发光二极管LED1、电阻R7、电阻R8和芯片U6(CD4042)、非门U8、三极管Q1、电阻R11和发光二极管LED2构成了保护信号锁存与输出电路；电阻R9、电阻R10和运算放大器U7构成了转速指令生成电路，并输出转速指令信号；电阻R4、电阻R5和运算放大器U5构成了转速信号反向输出电路，将转速信号反向并输出。
具体的，所述转速检测与保护电路包括：二阶低通滤波电路、基于电压生成电路、保护信号锁存与输出电路、转速指令生成电路和转速信号反向输出电路；所述二阶低通滤波电路的输入端与主电路中的直流电动机的转速传感器连接；所述二阶低通滤波电路的输出端分别与保护信号锁存与输出电路的第一输入端和转速信号反向输出电路的输入端连接；基于电压生成电路与保护信号锁存与输出电路的第二输入端连接，所述保护信号锁存与输出电路的输出端和所述电流检测与保护电路连接，用于生成外环保护信号并输出给所述电流检测与保护电路；转速信号反向输出电路的输出端分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路，用于生成转速反馈信号发送给所述零速封锁电路和所述调节器电路；转速指令生成电路分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路，用于生成转速指令信号发送给所述零速封锁电路和所述调节器电路。
其中，所述二阶低通滤波电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和运算放大器U1，电阻R1的一端与主电路中的直流电动机的转速传感器连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1的第二输入端连接，运算放大器U1的第一输入端与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的输出端还分别与保护信号锁存与输出电路的第一输入端和转速信号反向输出电路的输入端连接，所述电容C1连接在运算放大器U1的第二输入端的接地端之间，所述电容C2连接在电阻R1的另一端和运算放大器U1的输出端之间。
所述基于电压生成电路包括电阻R3、电位器WR1和运算放大器U2；所述电阻R3和所述电位器WR1串联在+15V电源端和接地端之间，所述电位器WR1的可变阻值输出端与所述运算放大器U2的第二输入端连接，所述运算放大器U2的第一输出端与所述运算放大器U2的输出端连接，所述运算放大器U2的输出端还与所述保护信号锁存与输出电路的第二输入端连接。
所述保护信号锁存与输出电路包括：运算放大器U3、非门U4、电阻R6、发光二极管LED1、电阻R7、电阻R8和CD4042芯片U6、非门U8、三极管Q1、电阻R11和发光二极管LED2；所述运算放大器U3的第一输入端和第二输入端分别与二阶低通滤波电路的输出端和基于电压生成电路的输出端连接，所述运算放大器U3的输出端与所述非门U4的输入端连接，所述非门U4的输出端与所述CD4042芯片U6连接；所述电阻R6的一端与+5V电源端连接，所述电阻R6的另一端与发光二极管LED1的阴极连接，发光二极管LED1的阳极与CD4042芯片U6连接；所述电阻R7的一端与接地端连接，所述电阻R7的另一端与电阻R8的一端及CD4042芯片U6连接；所述电阻R8的另一端与CD4042芯片U6连接；所述电阻R7的另一端还与非门U8的一端连接，非门U8的另一端分别与三极管Q1的控制端和电流检测与保护电路连接；发光二级光LED2的阳极与+15V电源端连接，所述发光二级光LED2的阴极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极与接地端连接。
所述转速信号反向输出电路包括：电阻R4、电阻R5和运算放大器U5；所述电阻R4的一端与二阶低通滤波电路的输出端连接，所述电阻R4的另一端与运算放大器U5的第一输入端连接，所述运算放大器U5的第二输入端与接地端连接，所述电阻R5连接在所述运算放大器U5的第一输入端与运算放大器U5的输出端之间；所述运算放大器U5的输出端还分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路连接。
所述转速指令生成电路包括：电阻R9、电阻R10和运算放大器U7；所述电阻R9和所述电阻R10串联在+15V电源端和接地端之间，所述电阻R9和所述电阻R10的连接点与所述运算放大器U7的第二输入端连接；所述运算放大器U7的第一输入端与所述运算放大器U7的输出端连接；所述运算放大器U7的输出端还分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路连接。
本发明的零速封锁电路S2、电流检测与保护电路S4、调节器电路S5的实现原理与本发明的转速检测与保护电路S3的实现原理相同，本发明的PWM控制电路S6包括：PWM生成电路和逻辑控制电路；所述PWM生成电路的输入端与调节器电路的输出端连接，所述PWM生成电路的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接，所述逻辑控制电路的输出端与所述驱动电路连接；PWM生成电路采用SG3525芯片实现，逻辑控制电路采用多个非门实现。驱动电路S7采用EXB840芯片实现。具体如下：
图3为本发明的电流检测与保护电路基于PSIM软件的仿真平台，电阻R12、电阻R13、电容C3、电容C4和运算放大器U8构成了二阶低通滤波电路，滤除电流信号的高频分量；电阻R14、电位器WR2和运算放大器U9生成保护信号的参考值；运算放大器U11、非门U12、电阻R17、发光二极管LED3、电阻R18、电阻R19和芯片U13(CD4042)、与门U14、非门U15、三极管Q2、电阻R20、电阻R21和发光二极管LED4构成了保护信号锁存电路和锁存后保护信号输出电路；电阻R15、电阻R16和运算放大器U10构成了反向电路，将转速信号反向并输出。
图4为本发明的调节器电路基于PSIM软件的仿真平台，电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C5、电容C6、电容C7、电位器WR3和运算放大器U15构成了PI调节器；电阻R28、稳压管D5和开关的功能是通过判断来自零速封锁器的信号来使能PI调节器；电位器WR4和运算放大器U16，电位器WR5和运算放大器U17，分别生成正电压和负电压的限幅值，来限制PI调节器输出值；电阻R29、电阻R30和运算放大器U18构成了反向电路，将输入信号反向生成电流指令给电流PI调节器。电流PI调节器和电压的PI调节器的电路构成和功能类似。
图5为PWM控制电路基于PSIM软件的仿真平台，含两个部分，分别是基于芯片SG3525的PWM生成电路和逻辑控制电路。PWM生成电路包含电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电容C11、电容C12、电容C13和芯片SG3525。逻辑控制电路包含与非门U24至U32，电容C14至C19，电阻R46至R53，二极管D7至D14，非门U33和U34，三极管Q3和Q4。芯片SG3525的输入为电流闭环PI调节器的输出信号，经过芯片SG3525后变为PWM脉冲信号，该PWM脉冲信号输入到逻辑控制电路，该电路将输入的PWM信号分解为两个互补的信号，可用于上、下两个桥臂的IGBT的驱动，实现相反的逻辑控制。
图6为本发明的驱动电路基于PSIM软件的仿真平台，应用4个EXB840芯片驱动4个IGBT，EXB840芯片具有保护功能，输出保护信号。例如某一路的驱动电路包含电阻R54、R55、R56和R57、电容C20和C21、二极管ERA34-10、光耦TLP521、驱动芯片U35(EXB840)和三极管Q5。
图7为本发明的零速封锁电路基于PSIM软件的仿真平台，零速封锁器(DZS)由电阻R58至R84、二极管D15至D22，运算放大器U36和U37，与非门U38值U40，非门U41和三极管Q6构成，其作用是当调速系统的电动机处于静止状态，即转速给定值为零，同时转速也为零时，封锁PI调节器，使调节器输出为0，以避免各放大器零漂引起PI调节器输出一定的值而使电机爬行的不正常现象。当输入端(反馈转速和指令转速)电压的绝对值小于二极管压降0.7V时，输出端输出电压为-15V；当输出电压已为-15V后，如果输入端电压绝对值都小于0.7V，使输入电压由-15V变为0V。
图8为本发明的一种直流电动机调速仿真方法。第1步，连接主电路。第2步，设计检测与保护电路，计算和选择检测与保护电路各元器件的参数，包含转速检测电路、滤波电路、比较电路、锁存电路、指令电压给定电路和保护信号控制的继电器控制电路，调节电位器，设置保护电路保护值。第3步，设计PI调节器电路，计算和选择PI调节器电路各元器件的参数，调节电位器，将输出限幅值分别调为正的最小和负的最大。第4步，驱动电路连接。第5步，调节指令生成电路的电位器，给出转速指令值。第6步，反复调试各模块，形成稳定的闭环控制，将电动机转速稳定在指令值。第7步，增加或减小负载值，观察转速变化情况，增加或减小转速指令值，观察转速变化情况。根据图9可知通过闭环控制系统，可以实现转速跟踪转速指令。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明应用仿真软件PSIM，搭建模拟电子器件级的直流电动机调速系统。在PSIM仿真软件中的PWM控制直流电动机调速系统仿真电路由主电路和控制电路构成，控制电路由模拟电子器件搭建而成。通过主电路和控制电路形成闭环控制系统，实现直流电动机调速，使得直流电动机达到预期转速。PWM控制直流电动机调速系统仿真平台的控制电路由电压检测与保护电路、电流检测与保护电路、PI调节器电路、PWM控制电路、驱动电路和主电路构成。仿真中应用模拟电子器件搭建控制系统，与直流-直流变换器和直流电动机系统相结合，完成仿真。克服了已有平台无法实现模拟电子器件级和电力电子系统级的仿真问题。通过仿真方法，可以实现电动机转速跟踪转速指令，实现了直流电动机的调速功能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种直流电动机调速仿真平台，其特征在于，所述仿真平台包括：主电路和基于模拟电子器件搭建的控制电路，所述控制电路与所述主电路连接；所述主电路和所述控制电路均在PSIM软件中搭建；
所述控制电路用于根据从所述主电路采集的实际的转速值和实际的电流值，产生用于主电路控制的PWM调制信号输出给所述主电路，以控制主电路中的直流电动机的转速。
2.根据权利要求1所述的直流电动机调速仿真平台，其特征在于，所述主电路包括从输入到输出依次连接的电源us、变压器、二极管整流桥、全桥DC-DC变换器、直流电动机和电动机负载；
所述全桥DC-DC变换器的正极输出端和所述直流电动机的正极输入端之间串联有滤波电感和测量电阻；
所述全桥DC-DC变换器的输入端并联有电解电容。
3.根据权利要求1所述的直流电动机调速仿真平台，其特征在于，所述控制电路包括基于模拟电子器件搭建的开关电源、零速封锁电路、转速检测与保护电路、电流检测与保护电路、调节器电路、PWM控制电路和驱动电路；
所述开关电源分别与零速封锁电路、转速检测与保护电路、电流检测与保护电路、调节器电路、PWM控制电路和驱动电路连接；所述开关电源用于提供电源。
转速检测与保护电路分别与零速封锁电路、调节器电路、电流检测与保护电路和主电路中的直流电动机的转速传感器连接，用于根据转速传感器采集的实际的转速值，产生外环保护信号、转速反馈信号和转速指令信号，并将转速反馈信号和转速指令信号发送给所述零速封锁电路和所述调节器电路，将外环保护信号发送给所述电流检测与保护电路；
所述零速封锁电路与所述调节器电路，所述零速封锁电路用于根据转速反馈信号和转速指令信号，产生零速封锁信号输出至所述调节器电路；
电流检测与保护电路与主电路中的测量电阻的两端连接，所述电流检测与保护电路还分别与所述调节器电路和驱动电路连接，所述电流检测与保护电路用于检测主电路的直流电动机的电流，并根据所述外环保护信号和直流电动机的电流产生电流反馈信号和保护信号，并将所述电流反馈信号发送给所述调节器电路，将所述保护信号发送给所述驱动电路；
调节器电路与所述PWM控制电路连接，所述调节电路用于以速度调节作为外环以电流调节作为内环，根据转速反馈信号、转速指令信号、电流反馈信号和零速封锁信号，进行PI控制，生成调制波信号输出给所述PWM控制电路；
PWM控制电路与驱动电路连接，所述PWM控制电路用于根据所述调制波信号生成PWM控制信号，输出给所述驱动电路；
所述驱动电路与所述主电路的全桥DC-DC变换器的控制端连接，所述所述驱动电路用于根据所述外环保护信号和所述PWM控制信号生成驱动信号，对所述全桥DC-DC变换器进行驱动。
4.根据权利要求3所述的直流电动机调速仿真平台，其特征在于，所述转速检测与保护电路包括：二阶低通滤波电路、基于电压生成电路、保护信号锁存与输出电路、转速指令生成电路和转速信号反向输出电路；
所述二阶低通滤波电路的输入端与主电路中的直流电动机的转速传感器连接；所述二阶低通滤波电路的输出端分别与保护信号锁存与输出电路的第一输入端和转速信号反向输出电路的输入端连接；
基于电压生成电路与保护信号锁存与输出电路的第二输入端连接，所述保护信号锁存与输出电路的输出端和所述电流检测与保护电路连接，用于生成外环保护信号并输出给所述电流检测与保护电路；
转速信号反向输出电路的输出端分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路，用于生成转速反馈信号发送给所述零速封锁电路和所述调节器电路；
转速指令生成电路分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路，用于生成转速指令信号发送给所述零速封锁电路和所述调节器电路。
5.根据权利要求4所述的直流电动机调速仿真平台，其特征在于，所述二阶低通滤波电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和运算放大器U1，电阻R1的一端与主电路中的直流电动机的转速传感器连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1的第二输入端连接，运算放大器U1的第一输入端与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的输出端还分别与保护信号锁存与输出电路的第一输入端和转速信号反向输出电路的输入端连接，所述电容C1连接在运算放大器U1的第二输入端的接地端之间，所述电容C2连接在电阻R1的另一端和运算放大器U1的输出端之间。
6.根据权利要求4所述的直流电动机调速仿真平台，其特征在于，所述基于电压生成电路包括电阻R3、电位器WR1和运算放大器U2；
所述电阻R3和所述电位器WR1串联在+15V电源端和接地端之间，所述电位器WR1的可变阻值输出端与所述运算放大器U2的第二输入端连接，所述运算放大器U2的第一输出端与所述运算放大器U2的输出端连接，所述运算放大器U2的输出端还与所述保护信号锁存与输出电路的第二输入端连接。
7.根据权利要求4所述的直流电动机调速仿真平台，其特征在于，所述保护信号锁存与输出电路包括：运算放大器U3、非门U4、电阻R6、发光二极管LED1、电阻R7、电阻R8和CD4042芯片U6、非门U8、三极管Q1、电阻R11和发光二极管LED2；
所述运算放大器U3的第一输入端和第二输入端分别与二阶低通滤波电路的输出端和基于电压生成电路的输出端连接，所述运算放大器U3的输出端与所述非门U4的输入端连接，所述非门U4的输出端与所述CD4042芯片U6连接；
所述电阻R6的一端与+5V电源端连接，所述电阻R6的另一端与发光二极管LED1的阴极连接，发光二极管LED1的阳极与CD4042芯片U6连接；
所述电阻R7的一端与接地端连接，所述电阻R7的另一端与电阻R8的一端及CD4042芯片U6连接；所述电阻R8的另一端与CD4042芯片U6连接；
所述电阻R7的另一端还与非门U8的一端连接，非门U8的另一端分别与三极管Q1的控制端和电流检测与保护电路连接；
发光二级光LED2的阳极与+15V电源端连接，所述发光二级光LED2的阴极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极与接地端连接。
8.根据权利要求4所述的直流电动机调速仿真平台，其特征在于，所述转速信号反向输出电路包括：电阻R4、电阻R5和运算放大器U5；
所述电阻R4的一端与二阶低通滤波电路的输出端连接，所述电阻R4的另一端与运算放大器U5的第一输入端连接，所述运算放大器U5的第二输入端与接地端连接，所述电阻R5连接在所述运算放大器U5的第一输入端与运算放大器U5的输出端之间；所述运算放大器U5的输出端还分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路连接。
9.根据权利要求4所述的直流电动机调速仿真平台，其特征在于，所述转速指令生成电路包括：电阻R9、电阻R10和运算放大器U7；
所述电阻R9和所述电阻R10串联在+15V电源端和接地端之间，所述电阻R9和所述电阻R10的连接点与所述运算放大器U7的第二输入端连接；
所述运算放大器U7的第一输入端与所述运算放大器U7的输出端连接；
所述运算放大器U7的输出端还分别与所述零速封锁电路和所述调节器电路连接。
10.根据权利要求3所述的直流电动机调速仿真平台，其特征在于，所述PWM控制电路包括：PWM生成电路和逻辑控制电路；
所述PWM生成电路的输入端与调节器电路的输出端连接，所述PWM生成电路的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接，所述逻辑控制电路的输出端与所述驱动电路连接；
所述PWM生成电路包括SG3525芯片，所述逻辑控制电路包括多个非门。
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