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

1、文檔運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)大作業(yè)文檔直流 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 12000gcm,允許過(guò)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(guò) 3V設(shè)計(jì)要求：(1)靜態(tài)指標(biāo)，轉(zhuǎn)速/電流無(wú)靜差；(2)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，電流超調(diào)不超過(guò) 5%;空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)不超 過(guò)10%。請(qǐng)完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)

2、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 PWMS 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。PWM2 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C0濾波，以獲得恒定的直流電壓 Us。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能

3、回饋電能，電動(dòng)機(jī)制動(dòng) 時(shí)只好文檔對(duì)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(hào)：20MT120UF主要參數(shù)如下：UCER=1200Vlc=16A TCN*=100C PCM0.9kW UcEt)3.05V2.1 給定基準(zhǔn)電源此電路用于產(chǎn)生土 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(duì)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(duì)被控量進(jìn)行采

4、樣與測(cè)量。2.2.1 電流調(diào)節(jié)器由于電流檢測(cè)中常常含有交流分量， 為使其不影響調(diào)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(shí)間常數(shù)Toi0.001s，以濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。為了平衡反饋信號(hào)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)。文檔圖 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(cè)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)Tn0.005S。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)

5、速系統(tǒng)電路基本數(shù)據(jù)如下1） 電磁時(shí)間常數(shù)Tl0.001s；2） 機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm0.087S;3） 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的允許過(guò)載倍數(shù)入=1.2 ;設(shè)計(jì)指標(biāo)：1） 靜態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差；2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量i% 5%;空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n% 10%。計(jì)算反饋關(guān)鍵參數(shù)：Ct=T/la=0.9408Ce=Ct/9.55=0.0985V.mi n/rnN=（UN-IN*R）/Ce R=57.78Qa= Unm/nN=0.002V/（r/mi n）文檔B=Uim/ldm=2V/A文檔3.1 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)：幾0.002

6、sT=0.0017+0.002=0.0037s （Ts和 J 一般都比人小得多,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I型設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)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Ki電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；T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)iTi0.01s;改電流環(huán)開(kāi)環(huán)時(shí)間增益：要求i5%，故應(yīng)取 KITi0.5，因此0. 5Ti000037135 1s1于是，ACR 勺比例系數(shù)為：iR0.01* 57 78K K135 10.76Ks51.3 24）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：c

7、iKI135. 1s1WACR(s)KiiS 1iSci13Ts13Ts13_0.0011196. 1sci文檔（1）晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件:滿足近似條件；（2）忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件:文檔滿足近似條件；（3）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件: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R。20k，各電阻和電容值計(jì)算如下106F0.5，取0. 5F10 F 0.2 F，取0.2 F2Ti20. 00370. 0074sTon0.005STn2TiTom0. 0124s2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按跟隨和抗擾性能都能較好的原則，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(wú)靜差，還必須

8、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U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U型系統(tǒng)一選用設(shè)計(jì)PI30.087 0.01101.71sci1 13 0.00170.002180.7s1ciR1.2KiR02. 4524k18.24k,取 20kCiRT0.01201034Toi40.002CoiR040 1033.2 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)近似文檔調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為文檔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h 5，則 ASRg前時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益:ASM 比例系數(shù):4)近似校

9、驗(yàn) 轉(zhuǎn)速截止頻率為:(1)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件:現(xiàn)在滿足簡(jiǎn)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。WASR（S）KnnS 1nhTn5 0.012S0.06岔KN622百亦s78045（丄_ 1）CeTm2hRTncn780 40. 0621s48 4s1cn5Ti15T50. 003754. 1scncn131 2TiTon13 2T J1- 54. 8s0. 00370. 0051cn文檔5)計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容文檔6）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR 飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該 按ASR 退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù) z=0。因此81.2% 2 1.211015000.0110.20.78% 10%滿足設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)器輸入電阻R020k，則Rn1.2KnRo122. 4k取 125kCnRn0. 0621251031060.496F取 0.5FCon4TonR