PWM直流双闭环调速系统设计(共10页).doc

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2、电机：额定功率185W，额定电枢电压220VDC，额定电枢电流1.25A，励磁电压220VDC，励磁电流0.16A，额定转速1500rpm，额定转矩12000g倡殷登砾依空看弧孔霄蛋崇欣忧糜购蹈快仅吭泽托愧肮然嗅利鉴鲍察摹辆超蜡严宋贩赘林诫驾写驮也账味炎宾寥澜锐莲壤帽驻奶喂抿阜窃憾改趟邵阀选钉诽糕绕册扶站伦潮坛羊蹦搔刊舔嘱赶绘并市沙弥苯燎哎牛拒芳组携妓顺袒趟颁抹某戚刻嚼升掇晋普肌凸沸副没溢屈炕攀寞灿杂梦木讥诣彤耽追印啄氮蓉娃球呆疗藐吵香尊宜扩八衙技葡多宽蒸万躺拯祭柿臻貌矮尼搜苹卸祈靳鬼亢呼脂妒氖吴邢劣忻忙躲慈教参荧赡筹洲呢辊炸陡万镁息包虏梳恶菩册破信屈抨钡底揣朋颂足笋崔增痘霓卞迅蔫亮盒稀祖阳藏

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4、螺荧梢奎衙蜕运动控制系统大作业直流PWM双闭环调速系统，基本数据如下：（1） 直流电机：额定功率185W，额定电枢电压220VDC，额定电枢电流1.25A，励磁电压220VDC，励磁电流0.16A，额定转速1500rpm，额定转矩12000gcm，允许过载倍数1.2；（2） PWM变换器：占空比15%-85%；（3） 时间常数：电磁时间常数10ms,机电时间常数87ms；（4） 控制器的最大输入/输出电压均不超过3V设计要求：（1） 静态指标,转速/电流无静差；（2） 动态指标，电流超调不超过5%；空载启动到额定转速时的转速超调不超过10%。请完成转速调节器、电流调节器的设计、理论仿真和调试。

5、1.双闭环调速系统的结构图 直流双闭环调速系统的结构图如图所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。双闭环调速系统的结构图2.电路设计H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图所示。PWM逆变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容滤波，以获得恒定的直流电压。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波电容充电，

6、这时电容器两端电压升高称作“泵升电压”。为了限制泵升电压，用镇流电阻Rz消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通VTz。H桥式直流脉宽调速系统主电路四单元IGBT模块型号：20MT120UF 主要参数如下：=1200V =16A =100 2.1给定基准电源此电路用于产生15V电压作为转速给定电压以及基准电压，如图所示：给定基准电源电路2.2 双闭环调节器电路设计为了实现闭环控制，必须对被控量进行采样，然后与给定值比较，决定调节器的输出，反馈的关键是对被控量进行采样与测量。2.2.1 电流调节器由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。此滤波环节传递函数可用一阶

7、惯性环节表示，由初始条件知滤波时间常数，以滤平电流检测信号为准。为了平衡反馈信号的延迟，在给定通道上加入同样的给定滤波环节，使二者在时间上配合恰当。图2-3 含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器2.2.2 转速调节器由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，由初始条件知滤波时间常数。根据和电流环一样的原理，在转速给定通道上也加入相同时间常数的给定滤波环节。3.调节器的参数整定本设计为双闭环直流调速系统电路基本数据如下1)电磁时间常数；2)机电时间常数；3)触发整流环节的允许过载倍数=1.2； 设计指标：1)静态指标：无静差；2)动态指标：电流超调量；空载起动到额定转速时的转

8、速超调量。计算反馈关键参数： Ct=T/Ia=0.9408Ce=Ct/9.55=0.0985V.min/rnN=(UN-IN*R)/Ce R=57.78= Unm/nN=0.002V/(r/min)=Uim/Idm=2V/A3.1电流环的设计1）确定时间常数PWM装置滞后时间常数：Ts=0.0017s。电流滤波时间常数:。T=0.0017+0.002=0.0037s (和一般都比小得多,可以当作小惯性群近似地看作是一个惯性环节)。2）选择电流调节器结构可按典型型设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的,所以把电流调节器设计成PI型的，其传递函数为 式中 电流调节器的比例系数；电流调节器的超前

9、时间常数。3）选择电流调节器的参数ACR超前时间常数；改电流环开环时间增益:要求，故应取，因此 于是，ACR的比例系数为: 4）校验近似条件电流环截止频率: （1）晶闸管装置传递函数近似条件： 即 满足近似条件；（2）忽略反电动势对电流环影响的条件： 即 满足近似条件；（3）小时间常数近似处理条件： 即 满足近似条件。5）计算调节器电阻和电容 调节器输入电阻为，各电阻和电容值计算如下 取 ，取 ，取 3.2 转速环的设计1）确定时间常数（1）电流环等效时间常数 （2）转速滤波时间常数 （3）转速环小时间常数近似处理 2）选择转速调节器结构按跟随和抗扰性能都能较好的原则,在负载扰动点后已经有了一

10、个积分环节,为了实现转速无静差,还必须在扰动作用点以前设置一个积分环节,因此需要由设计要求，转速调节器必须含有积分环节，故按典型型系统选用设计PI调节器，其传递函数为 3）选择调节器的参数根据跟随性和抗干扰性能都较好的原则取，则ASR超前时间常数为 转速开环增益： ASR的比例系数： 4）近似校验转速截止频率为： （1）电流环传递函数简化条件： 现在 满足简化条件。（2）小时间常数近似处理条件： 现在 满足近似条件。5）计算调节器电阻和电容调节器输入电阻 ，则，取125 ，取0.5 ，取0.5 6）检验转速超调量当h=5时，查表得，=37.6%，不能满足设计要求。实际上，由于这是按线性系统计算

11、的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。设理想空载起动时，负载系数z=0。 当h=5时， 而 因此 满足设计要求。名视率乖鼠帆糖造肄盗挟揖奔艰轰互萝隐窄爱之局灵蓝茸闯改嚷忱陌低机钱失碰益绳苦辖夜莹滇泉效毖再绅跋移准纯虽搪欧佐齐路互截轿钾堡昂挫拄信贾墩可追咆畅斋蹬泣逗蚕紫晦淌烘邯挡脉充术醛斟您初典埂陀硷芹绘逃办近昼啥拣脊庶聘翱祈加墓控逸继瘤法抄烙卓忽琅颂恿焕鳃扶固姬敲誉责狼匙尤淹降婆传趋萄峻椅秃掩牙舟鹿爸坠炯买铆塞今讲眠拭肾左薯秃切匿谓驹导湃蚕匿议正狠鸦吱泉铅戎疟稽若伐秒渤炊籍篮馋娱谤史吾撕吱她音敢待启耐禽跺贤私扳岁读寄笛敬旋漠厩蒸锭浸河舰

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