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本科毕业设计（论文）基于Buck变换器的永磁无刷直流电动机调速系统（张宏军）燕山大学2014年6月本科毕业设计（论文）基于Buck变换器的永磁无刷直流电动机调速系统学院：电气工程学院专业：10级应用电子学生姓名：张宏军学号：100103030135指导教师：李珍国答辩日期：2014年6月26日燕山大学毕业设计（论文）任务书摘要摘要永磁无刷直流电动机由于其具有结构简单、出力大和效率高等特点，已在航天航空、工业过程控制、汽车电子、家用电器等领域得到了广泛的应用。
传统的永磁无刷直流电动机的主电路通常采用全桥拓扑形式，功率器件的开关损耗较大，同时转矩脉动也较为严重。
为此本课题拟在桥式电路前端添加Buck变换器，通过该变换器得到不同转速所需施加电压大小，而桥式电路只以六节拍调制方式实现换相，从而达到减小开关损耗和转矩脉动的目的。
本文对Buck变换器的电感、电容进行了理论计算，建立了基于Buck 变换器的永磁无刷直流电动机调速系统的频域模型。
在此基础上设计了电流环和转速环的PI调节器。
最后在MATLAB环境中，使用M文件对基于Buck变换器的永磁无刷直流电动机调速系统进行了仿真验证，所得仿真结果的正确性证明了本设计的可行性。
关键词无刷直流电动机，Buck，MATLABAbstractAbstractPermanent magnetic brushless DC motor, which has simple structure, high output torque and efficiency, has been widely used in the fields of Aerospace, industrial process control, automotive electronics and household appliances and so on. The main circuit of the traditional BLDCM is usually adopts full bridge topology. The switching loss of power electronic devices is big and torque ripple is also serious. Therefore this study add a Buck converter in front of the bridge circuit and get the corresponding DC link voltages required by different speed by it. The bridge circuit only use six beat modulation to commutate, so as to reduce the switching loss and torque ripple.In this paper, the inductor and capacitor of Buck converter are calculated in theory. The frequency domain model of BLDCM speed control system based on Buck converter has been established. And based on this model, the PI regulator of the current loop and speed loop has been designed.Finally, the BLDCM speed control system based on Buck converter is simulated by M file in the MATLAB environment. The correct simulation results proves the feasibility of the design.Keywords BLDCM, Buck, MATLAB目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................ I I 第1章绪论.. (1)1.1课题背景 (1)1.2无刷直流电机研究现状 (2)1.3论文的主要研究工作 (3)第2章无刷直流电动机的组成、原理及模型分析 (5)2.1无刷直流电动机的组成 (5)2.1.1 电机本体 (5)2.1.2 逆变器 (6)2.1.3 位置检测器 (7)2.1.4 控制器 (8)2.2无刷直流电动机的基本工作原理 (8)2.3无刷直流电动机本体的建模与仿真 (11)2.3.1 无刷直流电动机本体的数学模型 (11)2.3.2 定子绕组的反电动势模型 (12)2.3.3 逆变器二极管续流分析 (13)2.4无刷直流电动机本体仿真 (14)2.5本章小结 (15)第3章基于Buck变换器的无刷直流电动机调速系统系统设计 (16)3.1B UCK变换器的研究 (16)3.2电流闭环的研究 (17)3.2.1 前级带Buck电路的无刷直流电动机主电路建模分析 (17)3.2.2 电流调节器的设计 (20)3.3转速闭环的研究 (23)3.4本章小结 (25)第4章电机控制系统仿真分析 (26)4.1基于B UCK变换器的无刷直流电动机控制系统结构组成 (26)4.2电机参数设定与计算 (27)III4.3电机控制系统M文件仿真程序流程图 (28)4.4电机控制系统仿真波形分析 (29)4.4.1 电机带额定负载启动 (29)4.4.2 电机控制系统给定突变仿真 (34)4.4.3电机控制系统负载突变仿真 (38)4.5本章小结 (41)结论 (42)参考文献 (44)致谢 (46)附录1 (47)附录2 (52)附录3 (62)附录4 (69)第1章绪论第1章绪论1.1 课题背景电机是一种机电能量转换的电磁机械装置。
目录1 Buck变换器技术........................................................................................................................... - 1 -1.1 Buck变换器基本工作原理............................................................................................... - 1 -1.2 Buck变换器工作模态分析............................................................................................... - 2 -1。
3 Buck变化器外特性........................................................................................................ - 3 -2 Buck变换器参数设计.................................................................................................................. - 5 -2.1 Buck变换器性能指标....................................................................................................... - 5 -2。
2 Buck变换器主电路设计................................................................................................ - 5 -2.2。
运动控制系统课程设计题目：Buck变换器实现及其调速系统设计与调试院系：班级：姓名：学号：指导老师：日期：摘要 (3)第一章概述 (3)第二章设计任务及要求 (4)2.1实验目的 (4)2.2实验内容 (4)2.3设计要求 (4)2.4课程设计基本要求 (5)第三章BUCK变换器的工作原理和各种模型 (6)3.1B UCK变换器介绍 (6)3.2B UCK变换器电路拓扑 (6)3.3PWM控制的基本原理 (7)第四章MATLAB仿真模型的建立 (9)4.1MATLA仿真软件介绍 (9)4.2B UCK电路模型的搭建 (9)4.3B UCK变换器在电机拖动控制系统中的设计与仿真 (12)4.3.1直流电机的数学模型 (12)4.3.2系统在开环情况下的仿真 (13)4.3.3 系统在闭环情况下的仿真 (14)第五章总结与体会 (18)变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压从而改变电机的转速。
即需要有一个可控直流源，常用的为直流斩波或者脉宽调制器，其通过电力电子开关控制及电容、电感的充放电及二极管的续流组成直流斩波电路（DC），实现输出电压可控，即升压（BOOST）、降压（BUCK）。
本实验主要针对降压斩波电路（BUCK）进行实验分析。
实验采用MATLAB作为仿真软件，利用PWM 波驱动降压斩波电路为直流电动机提供驱动电压，并通过调节PWM波的占空比来调节电动机的启动电压使达到调节电动机转速的电路设计。
关键词：S-Function；PWM调制；Buck变换器；闭环控制；直流电动机第一章概述直流变换技术（亦称直流斩波技术，DC-DC），作为电力电子技术领域非常活跃的一个分支，在近几年里，得到了充分的发展。
随着电动牵引技术的发展，特别是电子信息类产品的大量涌现，直流变换技术已经广泛应用于生产，生活的各个领域。
由于其有良好的可操作性，被大量应用到电机的调速系统中，很好的解决了电动机调速的不可控性。
BUCK变换器设计一．BUCK变换器指标BUCK变换器有关指标为：输入电压：标称直流48V,范围：43V~53V输出电压：直流25V，5A输出电压纹波：100mV电流纹波：0.25A开关频率：250kHz相位裕量：60度幅值裕量：10dB二．主电路电感与电容计算开关周期：Ts=1/fs=4×10-6s=4us占空比：D=Vo/Vin;D=25/43=0.581(Vin=43);D=25/53=0.472(Vin=53)输出电流：0.1/0.05=2A纹波电流：ΔiL=0.1A峰值电感电流：Isw=IL+ΔiL=2.1A开关峰值电压：Vsw=Vinmax=53电感量计算：由ΔiL=(Vinmax-Vo)/2L0.1=(53-25)/2LD(Vin=53)4×10-6计算得：L=2.6432×10-4=264.32uH取L=270uH点容量计算：ΔVL=ΔiLTs/8C计算得：C=2×10-7=200uF取C=200uF三．MOSFET电压与电流定额1.开关器件选用MOSFETVsw=Vinmax=53V2.开传递函数G(s)=(1+sResrC)Vin/(1+s2L(1+Resr/C)+S(L/R+ResrC))G(s)=Vin(s)/d(s)=Vin(1+s/ωz)/(1+s2/ωo2+s/Qωo),其中Resr=50mΩ,ωz=1/ResrC=100000rad/s;ωo=1/LC （1+Resr/R)=4281rad/sQ(s）=LC/(L/R+ResrC)=3.508所以开环传递函数为：48（1+S/100000）/（S2/42812+S/15732+1)3.系统开环性能：系统震荡时间较长，需加以矫正。
电流纹波约为0.002A，电压纹波为0.01v，符合设计的要求。
四．控制系统设计1.控制原理：取输出信号作为反馈信号，经过校正装置来控制MOSEFT的导通和断开，在开关周期一定的情况下控制占空比，实现闭环控制。
BUCK变换器设计报告——电力电子装置及应用课程设计1 设计指标及要求1.1设计指标•输入电压标称直流48V 范围：43V~53V•输出电压：直流24V•输出电流：直流5A•输出电压纹波：100mV•电流纹波：0.25A•开关频率：250kHz•相位裕量：60•幅值裕量：10dB1.2 设计要求•计算主回路的电感和电容值•开关器件选用MOSFET, 计算其电压和电流定额•设计控制器结构和参数•画出整个电路, 给出仿真结果2 BUCK主电路各参数计算图1 利用matlab搭建的BUCK主电路Mosfet2在0.01s时导通，使得负载电阻由9.6变为4.8，也就是说负载由半载到满载，稳态时负载电流上升一倍，负载电压不变，这两种状态的转换的过程的表征系统的性能指标。
2.1 电感值计算当时，，D=0.558 , 求得当时，，D=0.5 , 求得当时，，D=0.453，求得所以，取2.2 电容值的计算代入，得，由于考虑实际中能量存储以及输入和负载变化，一般取C大于该值，取2.3 开关器件电压电流计算2.4 开传递函数的确定其中故开环传递函数为3 系统开环性能3.1 开环传递函数的阶跃响应由MATLAB可以作出系统的开环函数的单位阶跃响应，如下图所示由图可知，系统振荡时间较长，在5ms之后才可以达到稳定值，超调量为66.67%，需要增加校正装置进行校正。
3.2 系统开环输出电压电压、电流响应由MATLAB simulink作出的系统的输出电压、电流响应如下图所示图2 开环电压、电流响应在0.01s时负载由9.6变为4.8，电压振荡后不变，电流增大一倍。
由图可知电压超调量达到70%，电流超调量达到75%。
图3负载变化时电流响应图4负载变化时点响应图3 电流纹波图4 电压纹波电流纹波约为0.002A，电压纹波为0.01V，符合设计的要求，由于器件本身的压降损耗等因素，电压稳态值不等于24V，电流的稳态值也不等于5A。
计算机仿真技术实验报告仿真技术及应用实验班级：学号：姓名：实验项目实验7 基于Simulink 的直流斩波电路仿真实验 7.1实验目的１） 掌握Simulink 的工作环境及SimPowerSystems 功能模块库的应用； ２） 掌握Simulink 的电力电子电路建模和仿真方法；３） 掌握Simulink 下数学模型的仿真方法；４） 掌握升压、降压斩波电路（Buck Chopper ）的工作原理及其工作特点； ５） 掌握PID 控制对系统输出特性的影响。
7.2实验内容与要求7.2.1 实验内容Buck 降压型电路原理图如图6-1所示。
图中，功率管VT 为MOSFET 开关调整组件，其导通与关断由控制脉冲决定；二极管VD 为续流二极管，开关管截止时可保持输出电流连续。
re f V 为输出电压给定参考量；L R 为负载电阻。
系统基本参数为：电源电压)314sin(100)(t t e =；变压器BT 为理想变压器，其变比为1:2=n ；PWM 频率为Hz f PWM 2000=；误差放大器放大倍数为1000=V K ；电阻Ω01.0C R ；整流滤波电容F C μ1000=，PWM 滤波电容F C o μ10=、电感H L 05.0=；负载电阻Ω=10L R 。
系统基本参数见表6.1。
分析Buck 变换器的工作特性。
表6.1 系统基本参数C R（Ω） C（F μ）o C（F μ）L （H ）L R（Ω）V KnPWM f（Hz ）0.01 1000100.051010002:12000K误差放大器比较器refV 锯齿波+-inu Di ini si 1:2LR oC LC R C)(t e 图6.1 Buck 变换器电路图o u VTBTVD+-ou Li +-L u 6.2.2实验要求１） 在Simulink 仿真环境中，利用SimPowerSystems 库模型建立系统仿真模型； ２） 分析Buck 变换器系统参数的改变对输出电压的影响；３）根据PWM 信号发生器原理构建其Simulink 仿真模型，并封装成子系统。
《电力电子技术大作业》作业题目：基于buck电路直流伺服电机调速系统的简单设计姓名：班级：学号：同组人：摘要直流伺服电动机具有优良的调速特性，调速平滑、简单，具有较大的启动转矩和良好的启、制动性能以及能在较大范围内实现精度、速度和位置控制。
同时其过载能力大，能承受频繁的冲击负载，所以在要求系统性能高的场合都广泛地使用直流伺服系统。
20 世纪 80 年代后，随着科技的进步，交流调速系统、无刷直流电机的迅速发展，有逐渐取代有刷直流电机调速的趋势。
但是直流有刷伺服电机具有独特的优良性能，它可以方便的进行无级调速且有着良好的调速性能，所以直到现在尚未被取代。
对一些成本敏感的普通工业和民用场合仍广泛应用。
本设计针对调速的可靠性和经济性来设计小功率直流伺服电动机调速系统，不仅工作可靠，成本低，并且具有软启动、恒转矩、宽调速、硬特性等功能，实现了小功率直流伺服电机的平滑无级调速以及电机的保护。
该系统主电路采用单相桥式半控整流线路，具有电压负反馈。
本系统调压电路采用buck降压电路，可以实现电压的平滑过渡，使得电机在运行时平稳运行，不会出现过大的震动。
对于电机转向的控制，可以用四个IJBT来实现对电机正反转的控制。
关键词：直流伺服电机；直流调速；晶闸管；电压负反馈；buck电路；PSIM6.0AbstractDC servo motor has excellent speed control characteristics smooth and simple. It has strong starting torque and excellent starting and braking performance. It can control a large range of accuracy, speed and position. At the same time, it has a good overload capacity and can bear frequent impact loads. Therefore, the DC servo system is widely used in those high performance systems. After 20th century 80s,with the development of science and technology, AC speed control system and brushless DC motor has been developed rapidly. Andthey have gradually replaced the brush DC motor speed trend. But thanks to DC brush servo’s unique high performance, it can easily be variable speed and has good speed performance, so until now, it has not been replaced. It is still widely used in general industrial and civil occasions which is cost-sensitive.This article is to design a economic and reliable speed control system of DC servo motor. The system not only has reliable andlow cost, but also has soft start, constant torque, wide speed, hard features and other functions, achieve smooth variable speed of DC motor and protection of the motor. The system of main circuituses single-phase half-controlled rectifier bridge circuit, with voltage negative feedback. The system uses Buck Circuit to realize the smoothtransition of voltage, which makes the motor running smooth in operation and does not appear too large vibration.For the control of steering,we use four IJBT to realize the control of the sterring .Key words: DC servo motor; DC speed adjustment; Thyristor; the voltage negative feedback; Buck Circuit;PSIM6.0目录第1章绪论 (4)1.1直流电机调速的背景和意义 (4)1.2直流伺服电机的应用 (4)1.3直流电机调速发展趋势 (4)第2章直流伺服电机调速原理 (5)2.1直流伺服电机的组成及工作原理 (5)2.2直流伺服电机的机械特性 (5)2.3直流电机调速方法 (7)2.4直流伺服电机速度控制指标 (7)2.5伺服电机启动方法 (8)2.6伺服电机特点 (8)第3章直流伺服电机调速系统 (9)3.1闭环控制系统设计 (9)3.2主电路的选型 (9)3.3整流电路： (10)3.4调压电路： (11)3.5正反转控制电路： (12)第4章基于PSIM的直流伺服电机调速系统的仿真结果 (13)第5章结论 (14)参考文献 (14)第1章绪论1.1直流电机调速的背景和意义直流伺服电机具有调速范围宽、良好的稳定性，具有大的、较长的过载能力，能满足低速度大转矩的要求，反应速度快，能承受频繁的启动、制动和正反转，成本低等优良的特性。
基于Buck电路的BLDCM调速系统设计田艳兵，付廷礼（青岛理工大学信息与控制工程学院，山东青岛266000）摘要：为了获得转速平稳、调节快速的无刷直流电机（BLDCM）输岀，对BLDCM控制和驱动系统进行了设计。
分析了BLDCM的运行原理和转矩波动原因，并采用Buck电路直接驱动解决了转矩波动的问题。
针对传统PID调速慢、精度调节问题，采用了BP对PID进行调节。
在MATLAB/Simulink平搭建了系统的各个模块并进行。
结果表明，所设计的系统调节速度快，控制过程中超调力、,转速平稳,转矩波动。
关键词：无刷直流电机；神经网络；Buck电路；PID；参数自适应中图分类号：TM33文献标志码：A文章编号：1673-6540（2021）04-0038-07doi：10.12177/e;cc.2020.237Design of Brushless DC Motor Speed Control System Based on Buck CirccitTIAN Yanbing,FU Tingli(School of Information and Control Engineering,Qingdao University of Technolooy,Qingdao266000,China)Abstract：In ordes tr obtain the stable speed and fast ogulation outpui of brushless DC motos(BLDCM),the control and drive system of BLDCM is designed.The operation principle of BLDCM and the ccuse of torque ripple art analyzed,and the problem of torque r ipple is solved by buck circuit.To solve the problems of slow speed,low precision and difOcult parameter adjustment of traditionae PID,the BP neud network is used t。
电力电子技术课程设计 题 目 Buck变换器设计 学 院专 业年 级学 号姓 名同 组 人指 导 教 师成 绩年 月 日1 1 引言引言 ................................................................................................................... 1 2 PWM 控制 (1) (1) (2)3 3 开环控制回路开环控制回路 (5)................................................................................................................................... 5 ..................................................................................................................... 6 . (6)4 4 主电路主电路 (6) (7) (7) (8)5 5 闭环控制回路闭环控制回路 (8) (8) (9)6 6 总结总结 ................................................................................................................. 12 参考文献 . (14)Buck变换器设计1 引言目前，各种资料都显示，同步整流技术是近几年研究的热点，主要应用于低压大电流领域，其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。
采用一般的二极管续流，其导通电阻较大，应用在大电流场合时，损耗很大。
用导通电阻非常小的MOS管代替二极管，可以解决损耗问题，但同时对驱动电路提出了更高的要求[1]。
电力电子技术课程设计题目Buck变换器设计学院计算机与信息科学学院专业自动化年级2008级学号姓名同组人指导教师成绩2010年7 月25 日1 引言 (1)2 PWM控制器设计 (1)2.1 PWM控制的基本原理 (1)2.2 控制电路设计 (3)3 buck变换器主电路设计 (5)3.1 主电路分析 (5)3.2 反馈回路设计 (7)4 buck变换器控制器设计 (7)4.1 系统分析 (7)4.2控制器设计 (9)4.3控制器实现 (11)4.4 结果 (12)5 问题和总结 (12)参考文献： (13)附录： (14)Buck变换器设计1 引言直流电机是人们最先发明、认识和利用的电机，它具有调速范围广，且易于平滑调节，过载、起动、制动转矩大，易于控制，且控制装置的可靠性高，调速时的能量损耗小等优点，在高精度的位置随动系统中，直流电机占据着主导地位[1]。
直流-直流变流器（DC-DC Converter）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
直接直流变流电路为称斩波电路（DC Chopper），它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。
间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。
降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间t on，由电源E 向L、R、M供电，在此期间，u o＝E。
然后使V关断一段时间offt，此时电感L通过二极管VD 向R和M 供电，u o＝0。
一个周期内的平均电压onoon offtu Et t=⨯+。
输出电压小于电源电压，起到降压的作用[2]。
2 PWM控制器设计本组设计要求：Buck DC/DC变换器。
电源电压Vs=25～30V，瞬时电流(最大电流)不能超过0.5A(由于电源的限制)，开关频率70kHz。
《运动控制系统》课程设计报告设计题目：Buck变换器实现及调速系统设计与实践班级：姓名：学号：指导教师：设计时间：目录摘要第一章...........................................................概述 . (2)第二章设计任务及要求 (3)2.1 实验目的 (3)2.2 实验内容 (3)2.3 设计要求 (4)2.4实验（设计）仪器设备和材料清单 (4)2.5 课程设计基本要求 (4)第三章BUCK变换器的工作原理和各种模型 (4)3.1 Buck变换器介绍 (4)3.2 Buck变换器电路拓扑 (5)3.3 PWM控制的基本原理 (6)第四章MATLAB仿真模型的建立 (7)4.1 MATLAB仿真软件介绍 (7)4.2 BUCK电路模型的搭建 (7)4.3 Buck变换器在电机拖动控制系统中的设计与仿真 (10)4.3.1直流电机的数学模型 (10)4.3.1系统在开环情况下的仿真 (12)4.3.1系统在闭环情况下的仿真 (12)第五章总结与体会 (15)参考文献 (15)摘要：变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压从而改变电机的转速。
即需要有一个可控直流源，常用的为直流斩波或者脉宽调制器，其通过电力电子开关控制及电容、电感的充放电及二极管的续流组成直流斩波电路（DC），实现输出电压可控，即升压（BOOST）、降压（BUCK）。
本实验主要针对降压斩波电路（BUCK）进行实验分析。
实验采用MATLAB作为仿真软件，利用PWM波驱动降压斩波电路为直流电动机提供驱动电压，并通过调节PWM波的占空比来调节电动机的启动电压使达到调节电动机转速的电路设计。
关键词：S-Function；PWM调制；Buck变换器；闭环控制；直流电动机第一章概述直流变换技术（亦称直流斩波技术，DC-DC），作为电力电子技术领域非常活跃的一个分支，在近几年里，得到了充分的发展。
随着电动牵引技术的发展，特别是电子信息类产品的大量涌现，直流变换技术已经广泛应用于生产，生活的各个领域。
由于其有良好的可操作性，被大量应用到电机的调速系统中，很好的解决了电动机调速的不可控性。
BUCK电路作为一种最基本的DC-DC变换电路，由于其简单、实用性在各种电源产品中均得到广泛的应用。
其电路主要器件有电力电子开关（IGBT或MOSFET）、电感、电容、续流二极管。
通过对开关的调节控制电压，其一般采用软开关控制方法，即采用脉宽调制技术（ＰＷＭ），通过改变占空比来调节输出电压的大小。
其与直流调速系统组成的脉宽调制变换器—直流电机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即ＰＷＭ直流调速系统。
存在：１）主电路简单、功率器件少；２）开关频率高、电流容易连续、谐波小；３）低速性能好、稳态精度高；４）低速性能好，稳态精度高，动态抗干扰能力强等优点。
使用MATLAB等仿真分析，再做实物研究，已经逐渐成为电力电子技术研究的主要方法。
本次课程设计使用MATLAB友好的工作平台和编辑环境进行模型编辑工作，运用它的s函数编辑一个简单的脉冲发生器，要求它的占空可调；运用数学处理功能来处理仿真时的实时数据，利用传递函数构造直流电机转速的数学模型，运用它广泛的模块集合工具箱里的Simulink进行电路模型搭建和系统仿真，控制电路的占空比从而控制输出电压的大小，进而调节电机的转速，同时采用负反馈的控制方式，调节转速在一个恒定值。
第二章设计任务及要求2.1 实验目的1、通过对一个实用的Buck变换器实现及其调速系统的设计、安装、调试来综合运用科学理论知识，提高学生工程意识和实践技能，达到素质和创新能力进一步提升，使学生获得控制技术工程的基本训练。
2、通过系统建模和仿真，掌握用MATLAB / Simulink工具分析设计Buck变换器实现及其调速系统的方法。
3、进一步掌握各种直调速系统的性能，尤其是动态性能。
2.2 实验内容1．理论设计：根据所学的理论知识和实践技能，了解带Buck变换器实现调压的原理；设计相应的直流调速系统(含主电路和控制电路,选择的元器件，系统的电气原理图)。
2．仿真实践：根据所设计系统，利用Matlab/Simulink建立各个组成部分相应的数学模型，并对系统仿真模型进行综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真实验波形和合适控制器参数，为搭建实际系统提供参考。
3．动手实践：根据所设计系统，完成单元电路安装、系统组装、单元及系统调试（可利用实验台的某些挂件），得出实物实验波形和系统动、静态性能。
2.3设计要求1、技术参数Buck变换器的PWM信号的频率：20KHz，输入电压：15V，电感：1.5mH，电容：30μF，负载电阻：8.1Ω。
Buck变换器输出0 ~15V直流电压，输出电压可通过改变PWM波占空比调节输出直流电压大小2．设计要求⑴掌握Buck变换器的工作原理、开关模型和平均值模型等状态空间方程；⑵应用MATLAB中的Matlab function（MATLAB函数）模块结合MATLAB语言编写PWM信号的发生器程序；⑶用Simulink中的模块建立Buck变换器的平均值模型，并能够与PWM信号发生器联用。
⑷调速范围D =10，静差率S ≤ 5％；稳态无静差，空载起动到额定转速时的过渡过程时间t≤ 1.0s。
s⑸实际系统具有过流、过压、过载和缺相保护，触发脉冲有故障封锁能力，并设置给定积分器。
3、电机拖动控制系统设计与仿真⑴根据所提供参数，先用Simulink模块建立Buck变换器仿真模型，观测相关数据和波形。
⑵在此基础上接入直流电动机，观察开环系统的转速、电流。
⑶针对开环系统存在的问题，加转速闭环，设计转速调节器，观察转速的稳定效果。
⑷如果时间充裕，在加上电流内环，设计电流调节器，观察电流的稳定效果。
4、安装单元电路并实验、进行系统组装及调试，进行系统测试。
2.4 实验（设计）仪器设备和材料清单1、电力电子技术及电机控制实验台1台2、微型计算机及MATLAB仿真软件 1套3、测速发电机组、直流电动机、直流发电机变压器等设备若干；4、双踪慢扫描示波器、数字存储示波器（可无）、万用表各一个5、电子元器件、导线、开关等若干。
2.5课程设计基本要求1．本课程设计按统一教学计划安排进行，在指导老师指导下完成系统人机界面组态和控制流程图的设计。
本实验小组共3人，分工合作，一人负责MATLAB仿真、一人负责参数计算、一人负责实物连接图。
按照不同的BUCK变换器调制方法进行系统仿真和调试。
2．各小组内学生应独立完成课程设计任务书的全部内容。
3．在课程设计的教学过程中，指导老师可分阶段对学生完成的工作及所得结果进行检查。
4、课程设计完成后，学生应进行系统的总结，撰写的课程设计报告，应包括系统工作过程分析、软件流程图说明。
报告应书写工整，图表齐全完整。
第三章 BUCK变换器的工作原理和各种模型3.1 Buck变换器介绍电力电子器件组成的直流斩波电路，能产生稳定的大范围可调的直流电源，在现代生产中得到广泛的应用。
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。
斩波器的工作方式有三种：1、保持开关周期Ts不变，调节开关导通时间Ton，称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,缩写为PWM）；2、保持开关导通时间Ton不变，改变开关周期Ts,称为频率调制或调频型；3、Ton和Ts都可调，使占空比改变，称之为混合型。
Buck电路就是DC/DC变换的一种。
Buck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。
其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，极性相同。
3.2 Buck变换器电路拓扑T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT)D：续流二极管，L和C组成LPF。
图3.2.1 降压斩波电路的原理图当t∈[0—DT]时,控制信号使得T导通,D截止,向L充磁,向C充电；当t∈[DT--T] 时,T截止,D续流,U0靠C放电和L中电流下降维持。
图3.2.2降压斩波电路工作分解图图3.2.3降压斩波电路工作主要波形至一个周期Ts结束，再驱动T导通，重复上一周期的过程。
当电路工作于稳态是，负载电流在一个周期的初值和终值相等。
负载的电的平均值为：（其中Ton为V处于导通的时间，T为开关周期）由上式可知，输出到负载的电压平均值Uo最大为E,若减小占空比，Uo将随之减小，因此该电路称为将压斩波电路，也称为Buck变换器（Buck converter）负载电流平均值为：若负载重L值较小，则在T关断后，负载电流可能会衰减至零，会出现负载电流断续的情况，负载电压Uo平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。
3.3 PWM控制的基本原理PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度控制技术，通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。
PWM控制技术在逆变电路中应用最广，生产中应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是依赖在逆变中的应用，才确定在电力电子技术中的主导地位。
其基本等效原理是：冲量相等而不相同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图3.3形状不同而冲量相同的各种窄脉冲第四章MATLAB仿真模型的建立4.1 MATLAB 仿真软件介绍simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
它支持线性和非线性系统连续和离散时间模型，或者是两者的混合。
在建模上，simulink提供了一个图形化的用户界面(GUI)，可以用鼠标点击拖拉模块的图标建模。
从建模角度讲，既适于自上而下（Top-down）的设计流程（概念、功能、系统、子系统直至器件），又适于自下而上（Bottom-up）的逆程设计。
在MATLAB中，可直接在simulink环境中运作的工具包很多，覆盖通信、控制、信号处理、DSP、电力系统等诸多领域，所涉内容专业性极强。
同时由于可以利用其进行仿真，为科学实验带来了极大的方便，促进了其进一步发展。
本实验主要采用MATLAB_R2009a版，在simulink中简单仿真BUCK电路模型、直流电机转速的函数模型，并进行仿真运行，调节观测控制参数。
4.2 Buck电路模型的搭建图4.1.1 Buck电路的开环仿真模型其中电感值设为1.5mH，电容30μF，负载电阻8.1Ω，输入电压15V时实验仿真得到的波形如下：图4.1.2占空比为80%时发脉冲及输出电压的波形图4.1.3占空比为50%时触发脉冲及输出电压的形分析实验所得波形：当占空比为80%时，根据Buck电路输出电压与占空比的关系可知，输出电压应该为12V，由波形可知，所得正弦波幅值为11.06V左右；当占空比为50%,输出应为7.5V 实际输出为6.6V左右，且波形有一定的失真，这时由于电容，电感作用的原因。
