PWM直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)設計

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1、..運動控制系統(tǒng)大作業(yè)word教育資料..直流PWM雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，基本數(shù)據(jù)如下：（1）直流電機：額定功率185W，額定電樞電壓220VDC，額定電樞電流1.25A，勵磁電壓220VDC，勵磁電流0.16A，額定轉速1500rpm，額定轉矩12000g·cm，允許過載倍數(shù)1.2；（2）PWM變換器：占空比15%-85%；（3）時間常數(shù)：電磁時間常數(shù)10ms,機電時間常數(shù)87ms；（4）控制器的最大輸入/輸出電壓均不超過3V設計要求：（1）靜態(tài)指標,轉速/電流無靜差；（2）動態(tài)指標，電流超調不超過5%；空載啟動到額定轉速時的轉速

2、超調不超過10%。請完成轉速調節(jié)器、電流調節(jié)器的設計、理論仿真和調試。1.雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的結構圖直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的結構圖如圖所示，轉速調節(jié)器與電流調節(jié)器串極聯(lián)結，轉速調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制PWM裝置。其中脈寬調制變換器的作用是：用脈沖寬度調制的方法，把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調節(jié)電機轉速，達到設計要求。雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的結構圖2.電路設計H橋式可逆直流脈寬調速系統(tǒng)主電路的如圖所示。PWM逆變器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不控的二

3、極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容濾波，以獲得恒定的直流電壓。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電動機制動時只好對濾波電容充電，這時電容器兩端電壓升高稱作“泵升電壓”。為了限制泵升電壓，用鎮(zhèn)流電阻Rz消耗掉這些能量，在泵升電壓達到允許值時接通VTz。word教育資料..H橋式直流脈寬調速系統(tǒng)主電路四單元IGBT模塊型號：20MT120UF主要參數(shù)如下：=1200V=16A=1002.1給定基準電源此電路用于產(chǎn)生±15V電壓作為轉速給定電壓以及基準電壓，如圖所示：給定基準電源電路2.2雙閉環(huán)調節(jié)器電路設計為了實現(xiàn)閉環(huán)控制

4、，必須對被控量進行采樣，然后與給定值比較，決定調節(jié)器的輸出，反饋的關鍵是對被控量進行采樣與測量。2.2.1電流調節(jié)器由于電流檢測中常常含有交流分量，為使其不影響調節(jié)器的輸入，需加低通濾波。此濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，由初始條件知濾波時間常數(shù)，以濾平電流檢測信號為準。為了平衡反饋信號的延遲，在給定通道上加入同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時間上配合恰當。word教育資料..圖2-3含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調節(jié)器2.2.2轉速調節(jié)器由測速發(fā)電機得到的轉速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，由初始條件知濾波時間常數(shù)

5、。根據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉速給定通道上也加入相同時間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。3.調節(jié)器的參數(shù)整定本設計為雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)電路基本數(shù)據(jù)如下1)電磁時間常數(shù)；2)機電時間常數(shù)；3)觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的允許過載倍數(shù)λ=1.2；設計指標：1)靜態(tài)指標：無靜差；2)動態(tài)指標：電流超調量；空載起動到額定轉速時的轉速超調量。計算反饋關鍵參數(shù)：Ct=T/Ia=0.9408Ce=Ct/9.55=0.0985V.min/rnN=(UN-IN*R)/CeR=57.78Ωα=Unm/nN=0.002V/(r/min)β=Uim/Idm=2V/Aword教

6、育資料..3.1電流環(huán)的設計1）確定時間常數(shù)PWM裝置滯后時間常數(shù)：Ts=0.0017s。電流濾波時間常數(shù):。T=0.0017+0.002=0.0037s(和一般都比小得多,可以當作小慣性群近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié))。2）選擇電流調節(jié)器結構可按典型Ⅰ型設計電流調節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的,所以把電流調節(jié)器設計成PI型的，其傳遞函數(shù)為式中——電流調節(jié)器的比例系數(shù)；——電流調節(jié)器的超前時間常數(shù)。3）選擇電流調節(jié)器的參數(shù)ACR超前時間常數(shù)；改電流環(huán)開環(huán)時間增益:要求，故應取，因此于是，ACR的比例系數(shù)為:4）校驗近似條件電流環(huán)

7、截止頻率:（1）晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件：即滿足近似條件；（2）忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件：word教育資料..即滿足近似條件；（3）小時間常數(shù)近似處理條件：即滿足近似條件。5）計算調節(jié)器電阻和電容調節(jié)器輸入電阻為，各電阻和電容值計算如下取，取，取3.2轉速環(huán)的設計1）確定時間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時間常數(shù)（2）轉速濾波時間常數(shù)（3）轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理2）選擇轉速調節(jié)器結構按跟隨和抗擾性能都能較好的原則,在負載擾動點后已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié),為了實現(xiàn)轉速無靜差,還必須在擾動作用點以前設置一個積分環(huán)節(jié),因此需要Ⅱ由設計要

8、求，轉速調節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型Ⅱ型系統(tǒng)—選用設計PI調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為word教育資料..3）選擇調節(jié)器的參數(shù)根據(jù)跟隨性和抗干擾性能都較好的原則取，則ASR超前時間常數(shù)為轉速開環(huán)增益：ASR的比例系數(shù)：4）近似校驗轉速截止頻率為：（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：現(xiàn)在