PWM直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共8頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)大作業(yè)直流PWM雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，基本數(shù)據(jù)如下：（1） 直流電機(jī)：額定功率185W，額定電樞電壓220VDC，額定電樞電流1.25A，勵(lì)磁電壓220VDC，勵(lì)磁電流0.16A，額定轉(zhuǎn)速1500rpm，額定轉(zhuǎn)矩12000g·cm，允許過載倍數(shù)1.2；（2） PWM變換器：占空比15%-85%；（3） 時(shí)間常數(shù)：電磁時(shí)間常數(shù)10ms,機(jī)電時(shí)間常數(shù)87ms；（4） 控制器的最大輸入/輸出電壓均不超過3V設(shè)計(jì)要求：（1） 靜態(tài)指標(biāo),轉(zhuǎn)速/電流無靜差；（2） 動(dòng)態(tài)指標(biāo)，電流超調(diào)不超過5%；空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)不超過10%。請完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)

2、器的設(shè)計(jì)、理論仿真和調(diào)試。1.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串極聯(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(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2.電路設(shè)計(jì)H橋式可逆直流脈寬調(diào)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(dòng)機(jī)

3、制動(dòng)時(shí)只好對濾波電容充電，這時(shí)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(dá)到允許值時(shí)接通VTz。H橋式直流脈寬調(diào)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 =100 2.1給定基準(zhǔn)電源此電路用于產(chǎn)生±15V電壓作為轉(zhuǎn)速給定電壓以及基準(zhǔn)電壓，如圖所示：給定基準(zhǔn)電源電路2.2 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對被控量進(jìn)行采樣，然后與給定值比較，決定調(diào)節(jié)器的輸出，反饋的關(guān)鍵是對被控量進(jìn)行采樣與測量。2.2.1 電流調(diào)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(diào)節(jié)器的輸入，需

4、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(shí)間常數(shù)，以濾平電流檢測信號為準(zhǔn)。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(shí)間上配合恰當(dāng)。圖2-3 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器2.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器由測速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)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(shí)間常數(shù)。根據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入相同時(shí)間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。3.調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定本設(shè)計(jì)為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路基本數(shù)據(jù)如下1)電磁時(shí)間常數(shù)；2)機(jī)電時(shí)間常數(shù)；3)觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的允許過載倍數(shù)=1.2； 設(shè)計(jì)指標(biāo)：1)靜態(tài)指標(biāo)：無靜差；2)動(dòng)態(tài)指標(biāo)

5、：電流超調(diào)量；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。計(jì)算反饋關(guān)鍵參數(shù)： 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電流環(huán)的設(shè)計(jì)1）確定時(shí)間常數(shù)PWM裝置滯后時(shí)間常數(shù)：Ts=0.0017s。電流濾波時(shí)間常數(shù):。T=0.0017+0.002=0.0037s (和一般都比小得多,可以當(dāng)作小慣性群近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié))。2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)可按典型型設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。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(shè)計(jì)成PI型的，其傳遞函數(shù)為 式中

6、電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。3）選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)ACR超前時(shí)間常數(shù)；改電流環(huán)開環(huán)時(shí)間增益:要求，故應(yīng)取，因此 于是，ACR的比例系數(shù)為: 4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)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(dòng)勢對電流環(huán)影響的條件： 即 滿足近似條件；（3）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 即 滿足近似條件。5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 調(diào)節(jié)器輸入電阻為，各電阻和電容值計(jì)算如下 取 ，取 ，取 3.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)1）確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) （2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) （3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理 2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按跟隨和抗擾性能都

7、能較好的原則,在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)后已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié),為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差,還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié),因此需要由設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 3）選擇調(diào)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(shí)間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益： ASR的比例系數(shù)： 4）近似校驗(yàn)轉(zhuǎn)速截止頻率為： （1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： 現(xiàn)在 滿足簡化條件。（2）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 現(xiàn)在 滿足近似條件。5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容調(diào)節(jié)器輸入電阻 ，則，取125 ，取0.5 ，取0.5 6）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，查表得，=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要