H橋可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設計與實驗

1、 燕山大學 CDIO課程項目研究報告 項目名稱： H橋可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設計與實驗 學院（系）： 電氣工程學院 年級專業(yè)： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 日期： 2014年6月3日 目錄前言1摘要2第一章 調(diào)速系統(tǒng)總體方案設計 31.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成31.2.穩(wěn)態(tài)結(jié)構圖和靜特 4 1.2.1各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算61.3雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能7 1.3.1動態(tài)數(shù)學模型7 1.3.2起動過程分析71.3.3 動態(tài)性能和兩個調(diào)節(jié)器的作用 8第二章 H橋可逆直流調(diào)速電源及保護系統(tǒng)設計 11第三章 調(diào)節(jié)器的選型及參數(shù)設計133.1電流環(huán)的設計 133.2速度環(huán)的設計

2、 15第四章 Matlab/Simulink仿真17第五章 實物制作20第六章 性能測試22 6.1 SG3525性能測試 22 6.2 開環(huán)系統(tǒng)調(diào)試 23總結(jié) 26參考文獻 26前言 隨著交流調(diào)速的迅速發(fā)展，交流調(diào)速技術越趨成熟，以及交流電動機的經(jīng)濟性和易維護性，使交流調(diào)速廣泛受到用戶的歡迎。但是直流電動機調(diào)速系統(tǒng)以其優(yōu)良的調(diào)速性能仍有廣闊的市場，并且建立在反饋控制理論基礎上的直流調(diào)速原理也是交流調(diào)速控制的基礎。采用轉(zhuǎn)速負反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，如要求快速起制動、突加負載動態(tài)速降時，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足。這主要

3、是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程中的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截至負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。實際工作中，在電機最大電流受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流轉(zhuǎn)矩為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，電流

4、負反饋就能得到近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負反饋，不要電流負反饋發(fā)揮主作用，因此需采用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋作用又能使它們作用在不同的階段。項目預期成果：設計一個雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn)電流超調(diào)量小于等于5%；轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于等于5%；過渡過程時間小于等于0.1s的無靜差調(diào)速系統(tǒng)。項目分工：參數(shù)計算： 仿真： 電路設計 ： 電路焊接： PPT答辯： 摘要本設計的題目是基于SG3525的雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設計。SG3525是電流控制型PWM控制器，

5、所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構上有電壓環(huán)和電流環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關電源的電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，則單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。而轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)器可以獲得無靜差；構成的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)精度；雖快速性的限制來換取系統(tǒng)穩(wěn)定的，但是電路較簡單。所以雙閉環(huán)直流調(diào)速是性能很好、應用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。本設計選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)

6、速控制電路，本課題內(nèi)容重點包括調(diào)速控制器的原理，并且根據(jù)原理對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器進行了詳細地設計。概括了整個電路的動靜態(tài)性能，最后將整個控制器的電路圖設計完成,并且進行仿真。關鍵詞：雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、H橋驅(qū)動電路、SG3525信號產(chǎn)生電路、PI調(diào)節(jié)器、MATLAB仿真第一章 調(diào)速系統(tǒng)總體方案設計1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構圖如圖1所示， 在此系統(tǒng)中設置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋，這是為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串級聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去

7、控制PWM裝置。其中脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)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(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，達到設計要求。+-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLM-MTGUPE圖1.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構框圖從閉環(huán)結(jié)構上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。1.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構圖和靜特性為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，

8、繪出了它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構圖，如圖2所示。分析靜特性的關鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般存在兩種狀況：飽和：輸出達到限幅值；不飽和：輸出未達到限幅值。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的關系，相當于使調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當調(diào)節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓U在穩(wěn)態(tài)時總是為零。圖2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構圖a轉(zhuǎn)速反饋系數(shù); b 電流反饋系數(shù)這種PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：飽和和不飽和。輸出如果達到限幅值就是飽和，輸出如果沒有達到限幅值就是不飽和。當輸出為恒值，輸入量的變化不會再影響輸出時

9、，調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài)。當PI的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是等于零時，調(diào)節(jié)器處于不飽和狀態(tài)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于Idm時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用，此時，系統(tǒng)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差。當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器處于飽和輸出時，負載電流達到最大電流，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，此時，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。這就是采用了兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性要好得多。實際上，在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都

10、是零。因此 和 由第一關系式可得： （21） 從而得到圖3靜特性的段。與此同時，由于ASR不飽和， ，從上述第二個關系式可知：。這就是說，段靜特性從=0 （理想空載狀態(tài)）一直延續(xù)到 。而一般都是大于額定電流的，這就是靜特性的運行段。2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和這時，ASR輸出達到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時 式中，最大電流是設計者選定的，取決于電機的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加度所描述的靜特性是圖3中的A-B段。這樣的下垂特性只適合于n的情況。因為如果 ，則，ASR將退出飽和狀態(tài)圖3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的

11、靜特性在負載電流小于時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這就是采用了兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流至負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而實際上運算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大，靜特性的兩段實際上都略有很小的靜差。1.2.1各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算由圖3可以看出，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關系 （11） （12） （13）上述關系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由

12、負載電流決定的，而控制電壓的大小則同時取決于n和，或者說，同時取決于和。這些關系反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。鑒于這一點，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計算有關的反饋系數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： （14）電流反饋系數(shù)： （15）兩個給定電壓的最大值和是受運算放大器的允許輸入電壓限制的。1.3雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能1.3.1動

13、態(tài)數(shù)學模型考慮到雙閉環(huán)控制的結(jié)構可繪出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構圖，如圖4所示。圖中和分別表示轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，電機的動態(tài)結(jié)構圖中必須把電流顯露出來。圖4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構框圖1.3.2起動過程分析設置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近于理想的起動過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，有必要首先探討它的起動過程。雙閉環(huán)調(diào)速系突加給定電壓由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的過渡過程如圖5所示。這時，啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcrn

14、n(a)(b)(a)帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動過程 (b)理想快速起動過程圖5 調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形1.3.3 動態(tài)性能和兩個調(diào)節(jié)器的作用1）動態(tài)跟隨性能雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動和升速過程中，能夠在電流受電機過載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性能。在減速過程中，由于主電路電流的不可逆性，跟隨性能變差。對于電流內(nèi)環(huán)來說，在設計調(diào)節(jié)器時應該強調(diào)有良好的跟隨性能。2）動態(tài)抗擾性能1抗負載擾動由圖6動態(tài)結(jié)構圖中可以看出，負載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加（減）負載時，必然會引起動態(tài)速降（升）。為了減少動態(tài)速降（升），必須在設計ASR時，要求

15、系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標。對于ACR的設計來說，只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。2.電網(wǎng)電壓擾動和負載擾動在系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對它的動態(tài)抗擾效果也不一樣。例如圖6 a的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電網(wǎng)電壓擾動和負載電流擾動都作用在被負反饋包圍的前向通道上，僅靜特性而言，系統(tǒng)對它們的抗擾效果是一樣的。但是從動態(tài)性能上看，由于擾動作用的位置不同，還存在著及時調(diào)節(jié)上的差別。負載擾動作用在被調(diào)量n的前面。它的變化經(jīng)積分后就可被轉(zhuǎn)速檢測出來，從而在調(diào)節(jié)器ASR上得到反映。電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)量更遠，它的波形先要受到電磁慣性的阻撓后影響到電樞電流，再經(jīng)過機電慣性的滯后才能反映到轉(zhuǎn)速上來

16、，等到轉(zhuǎn)速反饋產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，已經(jīng)嫌晚。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于增設了電流內(nèi)環(huán)（圖6 b），這個問題便大有好轉(zhuǎn)。由于電網(wǎng)電壓擾動被包圍在電流環(huán)之內(nèi)，當電壓波動時，可以通過電流反饋得到及時的調(diào)節(jié)，不必等到影響到轉(zhuǎn)速后，才在系統(tǒng)中起作用。因此，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的動態(tài)速降會比單閉環(huán)系統(tǒng)中小得多。圖6脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾性能a)單閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)b)雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)3）兩個調(diào)節(jié)器的作用1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。（2）對負載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。2.電流調(diào)節(jié)器的作用（1）對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。（2）起動

17、時保證獲得允許的最大電流。（3）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化。（4）當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全飽和作用。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動恢復正常。第二章H橋可逆直流調(diào)速電源及保護系統(tǒng)設計直流調(diào)速用的可控直流電源直流驅(qū)動系統(tǒng)電壓控制的方式來調(diào)節(jié)電樞電壓需要一個特殊的可控直流電源。比較常用的可以控制直流電源有以下三個：1、靜態(tài)控制整流器 使用靜態(tài)可控整流得到一個可調(diào)的直流電壓。2、直流斬波器或脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換器： 用不變的直流電源或者不可以控制的整流電源提供電能，使用電力電子開關器件斬波器或脈寬調(diào)制，從而產(chǎn)生可以變化的直流電壓。 3、旋轉(zhuǎn)變流機組 由交流電機

18、和直流發(fā)電機組成單位，獲得可調(diào)的直流電壓。旋轉(zhuǎn)變流機組需要的設備多，體積大，費用高，效率低，安裝復雜，運行有噪聲，維護不方便。靜止式可控整流器雖然克服了旋轉(zhuǎn)變流機組的許多缺點，而且還大大縮短了響應時間，但閘流管容量小，汞弧整流器造價較高，體積仍然很大，維護麻煩，萬一水銀泄漏，將會污染環(huán)境，危害身體健康。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。同時，其對過電壓、過電流都十分敏感，容易損壞器件。 由于以上種種原因，所以選擇了脈寬調(diào)制變換器進行改變電樞電壓的直流調(diào)速系統(tǒng)。直流220V的電源可通過單相橋式整流電路產(chǎn)生，但是由于整

19、流電路的輸出電壓具有較大的交流部分，不能適合大多數(shù)電子電路及設備的要求。因此，一般在整流后，還需要利用濾波電路將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸?電源電路如圖所示，與用于信號處理的濾波電路相比，直流電源中濾波電路的顯著特點是：均采用無源電路；理想情況下，濾去所有交流成分，只保留直流成分； 能夠輸出較大電流。系統(tǒng)的保護包括過壓，過流和短路保護。該模塊用于電樞電流的檢測與過流保護，至于電樞回路和直流母線側(cè)。 限流電阻：為了避免大電容C在通電瞬間產(chǎn)生過大的充電電流，在整流器和濾波電容間的直流回路上串入限流電阻（或電抗），通上電源時，先限制充電電流，再延時用開關K將短路，以免長期接入時影響整流電路的

20、正常工作，并產(chǎn)生附加損耗。 泵升限制電路：當脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動機轉(zhuǎn)速由高變低時（減速或者停車），儲存在電動機和負載轉(zhuǎn)動部分的動能將會變成電能，并通過雙極式可逆PWM變換器回送給直流電源。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回送電能，電機制動時只好給濾波電容充電，從而使電容兩端電壓升高，稱作“泵升電壓”。過高的泵升電壓會損壞元器件，所以必須采取預防措施，防止過高的泵升電壓出現(xiàn)。可以采用由分流電阻R和開關元件（電力電子器件）VT組成的泵升電壓限制電路。當濾波電容器C兩端的電壓超過規(guī)定的泵升電壓允許數(shù)值時，VT導通，將回饋能量的一部分消耗在分流電阻R上。第3章 調(diào)節(jié)器的選型及參數(shù)設計設計要求：電流

21、超調(diào)量5%轉(zhuǎn)速超調(diào)量 過渡時間本報告設計為H橋可逆直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，分為內(nèi)環(huán)電流環(huán)ACR與外環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)ASR兩部分，現(xiàn)將參數(shù)整定如下：設計已知基本參數(shù)為：直流電動機額定電壓： UN=54V額定電流： IN=3.24A額定轉(zhuǎn)速： nN=1450r/min電樞電阻： Ra=1.5電樞回路總電阻： R=4電樞電感： L = 2mH 轉(zhuǎn)動慣量： J=0.76g.觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的允許過載倍數(shù)：=1.53.1電流環(huán)的設計3.1電流環(huán)的設計根據(jù)設計要求電流超調(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設計電流調(diào)節(jié)器。電流控制。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的,所以把電流調(diào)節(jié)器設計成PI型的，其傳遞函數(shù)為 式中 電流調(diào)

22、節(jié)器的比例系數(shù)；電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)a 計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 電流環(huán)小時間之和按小時間常數(shù)近似處理：(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))。ACR超前時間常數(shù)；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:b 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率 晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件：即滿足近似條件；忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件：即滿足近似條件；小時間常數(shù)近似處理條件：即滿足近似條件。按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨指標為,滿足設計要求。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設計a. 選擇調(diào)節(jié)器結(jié)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(zhuǎn)速無靜差還必

23、須在擾動作用點以前設置一個積分環(huán)節(jié),因此需要由設計要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型型系統(tǒng)選用設計PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為b. 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)=2轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)：按小時間常數(shù)近似處理，取=+Ton=0.00111s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(zhuǎn)速開環(huán)增益：ASR的比例系數(shù)：c. 近似校驗轉(zhuǎn)速截止頻率為：電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： 現(xiàn)在 滿足簡化條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：現(xiàn)在 滿足近似條件。當h=5時，查表得，=37.6%，不能滿足設計要求。實際上，由于這是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提

24、，應該按ASR退飽和的情況重新計算超調(diào)量。設理想空載起動時，負載系數(shù)z=0。當h=5時，因此滿足設計要求。第四章 Matlab/Simulink仿真根據(jù)理論設計結(jié)果，構建直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型710，如圖3-5所示：圖3-5直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型為了使系統(tǒng)模型更簡潔，利用了Simulink的打包功能將調(diào)節(jié)器模型縮小為一個分支模塊10，如圖3-6(a)、(b)所示： （a） （b）圖3-6 （a）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR （b）電流調(diào)節(jié)器ACR運行已構建好的Simulink直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模塊10，在空載、滿載和擾動下，對系統(tǒng)進行仿真得到電動機轉(zhuǎn)速、電流的仿真波形分別如圖3-7、3-8

25、、3-9所示： 圖3-7轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖圖3-8轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖 圖3-9 t=1s時加入負載擾動轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾波形圖根據(jù)以上仿真結(jié)果對系統(tǒng)的性能指標進行分析：（1）上升時間：上升時間為0.3622s，響應時間較快。（2）超調(diào)量：。超調(diào)量滿足系統(tǒng)的設計要求，系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性較好。（3）調(diào)節(jié)時間：系統(tǒng)再1.167s以后就達到了穩(wěn)定，穩(wěn)定后基本上無靜差，系統(tǒng)較穩(wěn)定。（4）峰值時間：該時間約為0.4079s，系統(tǒng)的瞬間響應較快。（5）在系統(tǒng)穩(wěn)定后1s時突加額定負載，系統(tǒng)僅用0.18s時間又恢復穩(wěn)態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定抗擾性。 第5章 實物制作下圖為PWM產(chǎn)生控制電路實物圖主要器件功能介紹：（1）

26、、三個大電容起濾波作用（2）、光耦起隔離作用（3）、滑動變阻器1調(diào)節(jié)占空比（4）、滑動變阻器2調(diào)節(jié)頻率（5）、左下角芯片為SG3525，是電流控制型PWM控制器，引腳圖見圖1 所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號SG3525的軟啟動接入端（引腳8）上通常接一個5 的軟啟動電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導通。只有軟啟動電容充電至

27、其上的電壓使引腳8處于高電平時，SG3525才開始工作。由于實際中，基準電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當輸出電壓因輸入電壓的升高或負載的變化而升高時，誤差放大器的輸出將減小，這將導致PWM比較器輸出為正的時間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。 外接關斷信號對輸出級和軟啟動電路都起作用。當Shutdown（引腳10）上的信號為高電平時，PWM瑣存器將立即動作，禁止SG3525的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充

28、分放電，直到關斷信號結(jié)束，才重新進入軟啟動過程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響SG3525的正常工作。 欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關斷同時，軟啟動電容將開始放電。 （6）、最右端兩個芯片IR2110，其主要功能為：橋驅(qū)動 IR2110引腳功能及特點簡介：LO（引腳1）:低端輸出 COM（引腳2）:公共端 Vcc（引腳3）:低端固定電源電壓 Nc（引腳4）: 空端 Vs（引腳5）:高端浮置電源偏移電壓 VB (引腳6):高端浮置電源電壓 HO（引腳7）:高端輸出 Nc（引腳8）:

29、空端 VDD（引腳9）:邏輯電源電壓第六章 性能測試6.1 SG3525性能測試1、用示波器觀察即SG3525的5腳的電壓波形，波形如圖4-3為：圖5-1 5腳的波形 2、用示波器觀察即SG3525的13腳的電壓波形，波形如圖4-4為：圖5-2 13腳的波形3、用導線將給定信號和控制PWM信號產(chǎn)生裝置相連，調(diào)節(jié)滑動變阻器，記錄輸出的最大占空比(占空比=50%)的波形如圖4-5為：圖5-3 最大占空比時的波形最小占空比(占空比=13%)的波形如圖4-6為：圖5-4 最小占空比時的波形6.2開環(huán)系統(tǒng)調(diào)試1、線路接線如下圖所示： 圖5-5開環(huán)系統(tǒng)測試的實物連接圖圖5-6開環(huán)系統(tǒng)測試的工作原理圖2、開

30、環(huán)系統(tǒng)原理：速度給定信號G，控制PWM信號產(chǎn)生裝置UPM脈寬調(diào)制器，DLD單元把一組PWM波形分成兩組互補的PWM波，用于控制倆組臂。G用以輸出015V直流給定電壓，UPW采用SG3525芯片和部分外圍電路構成，SG3525通過改變外接電容電阻的數(shù)值，可以產(chǎn)生不同頻率的方波信號。改變給頂端電壓，可以改變輸出電壓的占空比，作為PWM控制器的的控制信號。GD的作用是形成四組隔離的PWM驅(qū)動脈沖；PWM為功率放大電路，直接給電動機M供電。這樣通過改變給定電壓就可以對電動機調(diào)速了DLD邏輯延時單元，對PWM控制信號進行延時和整形當被驅(qū)動電路為雙極式工作制時，為了避免同一相上、下兩只功率管直通，需要驅(qū)動信號有死區(qū)。DLD單元即用來產(chǎn)生具有死區(qū)的驅(qū)動控制信號。3、系統(tǒng)開環(huán)性能測定a電機的正轉(zhuǎn)及啟動給電機上電，調(diào)節(jié)可調(diào)變阻器以改變驅(qū)動的占空比，使占空比大于