雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：張珊專業(yè)班級(jí)：電氣 1004指導(dǎo)教師：李向明工作單位：自動(dòng)化學(xué)院題目:直流雙極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：1. 直流電機(jī)參數(shù)：PN10 KW， UN220 V， IN55 A ，nN 1000 r/min，Ra 0.4 ，直流它勵(lì)勵(lì)磁電壓220V，電流 1.6A2. 進(jìn)線交流電源：三相 380V3. 采用永磁式測速發(fā)電機(jī)， 其參數(shù)：23W，110V，0.21A，1900 r/min ，要求完成的主要任務(wù) :1.ASR 及 ACR電路設(shè)計(jì)2. 轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計(jì)3. 集成脈寬調(diào)制電路設(shè)計(jì)4. 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)5.PWM主電路

2、設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅(jiān)決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。滿足如下要求：1可逆運(yùn)行，轉(zhuǎn)速和電流穩(wěn)態(tài)無差，電流超調(diào)量小于5，轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于 10。2. 對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說明系統(tǒng)工作原理。3. 畫出單元電路圖，說明工作原理，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過程。4. 畫出整體電路原理圖，圖紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間安排：2013.5.27 2013.5.28收集課程設(shè)計(jì)相關(guān)資料2013.5.29 2013.6.03系統(tǒng)設(shè)計(jì)2013.6.04 2013.6.05撰寫課程設(shè)計(jì)及答辯指導(dǎo)教師簽名：2013年 5月 26日1武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說

3、明書目錄1、總體方案設(shè)計(jì) .31.1設(shè)計(jì)分析 .31.1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 .31.1.2調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形.31.1.3H 橋雙極式逆變器的工作原理 .41.1.4H 橋式可控直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì).52、電路設(shè)計(jì) .72.1電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) .72.1.1電流調(diào)節(jié)器 .82.1.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 .92.2給定基準(zhǔn)電源 .92.3信號(hào)產(chǎn)生電路 .102.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .112.4.1IGBT 基極驅(qū)動(dòng)電路原理 .112.4.2基于 EXB841 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .122.5鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路 .132.6轉(zhuǎn)速檢測電路 .132.7電流檢測電路 .143、調(diào)

4、節(jié)器的參數(shù)整定 .143.1電路基本數(shù)據(jù) .143.2設(shè)計(jì)指標(biāo) .153.3電流環(huán)的設(shè)計(jì) .153.4轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) .174、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速換的仿真 .194.1電流環(huán)的仿真設(shè)計(jì) .194.2轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計(jì) .20心得體會(huì).21參考文獻(xiàn).222武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、總體方案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)分析1.1.1 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 1-1 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

5、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。圖 1-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.1.2 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖 1-2 所示，這時(shí)，啟動(dòng)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(dòng)過程。3武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書圖 1-2理想啟動(dòng)的轉(zhuǎn)速電流波形1.1.3 H 橋雙極式逆變器的工作原理脈寬調(diào)制器的作用是： 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， 從而平均輸出電壓的大小， 以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。 H形雙極式逆變

6、器電路如圖1-3 所示。這時(shí)電動(dòng)機(jī)M兩端電壓 U AB 的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓的極性變化而變化。圖 1-3 H 形雙極式逆變器電路他們的關(guān)系是： U g1U g 4U g2U g 3 。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)， 當(dāng) 0tton 時(shí)，晶體管 VT1 、VT4 飽和導(dǎo)通而 VT3 、VT2 截止，這時(shí) U ABU s 。當(dāng) tontT 時(shí)，VT1 、VT4 截止，但 VT3 、VT2 不能立即導(dǎo)通，電樞電流 id 經(jīng) VD2 、VD3 續(xù)流，這時(shí) U ABU s 。U AB 在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖 2 所示。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄

7、上。 當(dāng)正脈沖較4武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書寬時(shí)， tonT ，則 U AB 的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；2T如果正負(fù)脈沖相等，ton，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。雙極式控制可逆 PWM變換器的輸出平均電壓為U dton U sT ton2ton1 U sTTT如果定義占空比ton ，電壓系數(shù)U dTU s則在雙極式可逆變換器中21調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為 0 1 相應(yīng)的1 1。當(dāng)1 時(shí)，為正，電2動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)1 時(shí)， 為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)； 當(dāng)1 時(shí)，0 ，電動(dòng)機(jī)停止。22但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零， 而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓， 因而電流也是交變的。

8、 這個(gè)交變電流的平均值等于零， 不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩， 徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。 但它也有好處， 在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)。1.1.4 H 橋式可控直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)H 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖1-4 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C1 濾波，以獲得恒定的直流電壓 U s 。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)制動(dòng)時(shí)只好對(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 R2 消耗掉這些能量，在泵升電壓達(dá)到允許值時(shí)接通Q5

9、。5武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書圖 1-4 H 橋式直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路在 matlab 中模擬直流電機(jī)模型并提供驅(qū)動(dòng)電路， 采用階躍信號(hào)和三角波信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)：圖 1-5雙極式逆變器電路仿真圖6武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書通過仿真的到驅(qū)動(dòng)電壓模型以及電壓電流模型如圖1-6 所示。U g1U g4tOtonTU g2U g3tOU ABUstOtonT-Usidid1id2tO圖 1-6 H 形雙極式逆變器的驅(qū)動(dòng)電壓波形由此可知雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：1）電流一定連續(xù)。2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。3）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。4）低速

10、平穩(wěn)性好，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。2、電路設(shè)計(jì)2.1 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是： 從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展。在這里是：先從電流環(huán)入手， 首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器， 然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2-1 所示，由于電流檢測信號(hào)中常含有交流7武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書分量須加低通濾波，其濾波時(shí)間常數(shù) Toi 按需要選定。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號(hào)中的交流分量， 但同時(shí)也給反饋信號(hào)帶來延滯。 為了平衡這一延滯作用， 在給定信號(hào)通道中加入一個(gè)相同時(shí)間常數(shù)的慣性

11、環(huán)節(jié)， 稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其意義是：讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過同樣的延滯， 使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜希?從而帶來設(shè)計(jì)上的方便。圖 2-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖其中 Toi 為電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)； Ton 為轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)。由測速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電機(jī)的換向紋波， 因此也需要濾波， 濾波時(shí)間常數(shù)用 Ton 表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理， 在轉(zhuǎn)速給定通道中也配上時(shí)間常數(shù)為 Ton 的給定濾波環(huán)節(jié)。2.1.1 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. 0

12、02s ，以濾平電流檢測信號(hào)為準(zhǔn)。為了平衡反饋信號(hào)的延遲， 在給定通道加上同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時(shí)間上配合恰當(dāng)。8武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書圖 2-2 含給定濾波與反饋濾波的PI 型電流調(diào)節(jié)器2.1.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速反饋電路如圖2-4 所示，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)Ton0.005s 。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)。圖 2-3含給定濾波與反饋濾波的PI 型電轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2.2 給定基準(zhǔn)電源用 lm78/lm79 系列三端穩(wěn)壓來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少， 電路內(nèi)部還有過

13、流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓型號(hào)中的 lm78 或 lm79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出9武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書電壓，如 LM7806表示輸出電壓為正 6V，LM7915表示輸出電壓為負(fù) 15V. 下面此電路用于產(chǎn)生± 15V電壓作為轉(zhuǎn)速給定電壓以及基準(zhǔn)電壓，如圖 2-4 所示圖 2-4給定基準(zhǔn)電源電路2.3 信號(hào)產(chǎn)生電路本設(shè)計(jì)采用集成脈寬調(diào)制器SG3524作為脈沖信號(hào)發(fā)生的核心元件。根據(jù)主電路中 IGBT 的開關(guān)頻率，選擇適當(dāng)?shù)腞t 、 C t 值可確定振蕩頻率。電路中PWM信號(hào)由集成芯片 SG3524產(chǎn)生

14、， SG3524采用是定頻 PWM電路 ,DIP-16 型封裝。由 SG3524構(gòu)成的基本電路如圖 2-5 所示，由 15 腳輸入 +15V電壓，用于產(chǎn)生 +5V基準(zhǔn)電壓。在 6、7 引腳之間接入外部阻容元件構(gòu)成 PI 調(diào)節(jié)器，可提高穩(wěn)態(tài)精度。 12、13 引腳通過電阻與 +15V電壓源相連，供內(nèi)部晶體管工作，由電流調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓作為 2 引腳輸入，通過其電壓大小調(diào)節(jié) 12、 13 引腳的輸出脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制變換器的功能實(shí)現(xiàn)。圖 2-5 SG3524 管腳圖10武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書圖 2-6 SG3524 引腳接線圖2.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)2.4.1 IGBT 基極驅(qū)

15、動(dòng)電路原理工作原理如圖 2-7 所示圖 2-7 EXB841 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖EXB841 系列驅(qū)動(dòng)器的各引腳功能如下：腳1 ：連接用于反向偏置電源的濾波電容器；腳2 ：電源（ 20V ）；腳3 ：驅(qū)動(dòng)輸出；腳4 ：用于連接外部電容器， 以防止過流保護(hù)電路誤動(dòng)作 （大多數(shù)場合不需要該電容器）11武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書腳5 ：過流保護(hù)輸出；腳6 ：集電極電壓監(jiān)視；腳7 、8 ：不接；腳9 ：電源；腳10 、 11 ：不接；腳14 、 15 ：驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入（ - ，）；2.4.2 基于 EXB841 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路中 V5起保護(hù)作用，避免 EXB841的6腳承受過電壓， 通過 VD

16、1檢測是否過電流，接 VZ3的目的是為了改變 EXB模塊過流保護(hù)起控點(diǎn)， 以降低過高的保護(hù)閥值從而解決過流保護(hù)閥值太高的問題。 R1和C1及VZ4接在 +20V電源上保證穩(wěn)定的電壓。 VZ1和 VZ2避免柵極和射極出現(xiàn)過電壓， Rge是防止 IGBT誤導(dǎo)通。針對(duì) EXB841存在保護(hù)盲區(qū)的問題，可如圖12所示將 EXB841的6腳的超快速恢復(fù)二極管 VDI換為導(dǎo)通壓降大一點(diǎn)的超快速恢復(fù)二極管或反向串聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓二極管，也可采取對(duì)每個(gè)脈沖限制最小脈寬使其大于盲區(qū)時(shí)間，避免 IGBT過窄脈寬下的低輸出大功耗狀態(tài)。針對(duì)EXB841軟關(guān)斷保護(hù)不可靠的問題，可以在EXB841的5腳和 4腳間接一個(gè)可變電阻

17、， 4腳和地之間接一個(gè)電容，都是用來調(diào)節(jié)關(guān)斷時(shí)間，保證軟關(guān)斷的可靠性。 針對(duì)負(fù)偏壓不足的問題， 可以考慮提高負(fù)偏壓。 一般采用的負(fù)偏壓是 -5V，可以采用 -8V的負(fù)偏壓 ( 當(dāng)然負(fù)偏壓的選擇受到 IGBT柵射極之間反向最大耐壓的限制 ) ，輸人信號(hào)被接到 15腳， EXB841正常工作驅(qū)動(dòng) IGBT.圖 2-8 EXB841驅(qū)動(dòng) IGBT設(shè)計(jì)圖主要參數(shù)：電源電壓： 20V最大輸出功率： 47mA最高工作頻率： 10kHz12武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書2.5 鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路鋸齒波信號(hào)發(fā)生器SG的輸出信號(hào) Us 與控制信號(hào) U C* 在 PWM轉(zhuǎn)換器（SG3524）中進(jìn)行比較，

18、PWM輸出幅度恒定、寬度變化的方波脈沖序列，即 PWM波。SG電路可有 UJT 或者 PUT構(gòu)成。 UJT鋸齒波信號(hào)發(fā)生器基本電路如圖 2-9 所示圖 2-9鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路2.6 轉(zhuǎn)速檢測電路轉(zhuǎn)速檢測電路就是與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測速發(fā)電機(jī)，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓U n ，與給定電壓 U *n 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓U n 輸送給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不僅表示轉(zhuǎn)速的大小，還包含轉(zhuǎn)速的方向 .圖 2-10轉(zhuǎn)速檢測電路13武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書2.7 電流檢測電路通過霍爾傳感器測量電流的電流檢測電路原理如圖2-12 所示。圖 2-11閉環(huán)霍爾電流傳

19、感器的工作原理霍爾電流傳感器的結(jié)構(gòu)如上圖所示。 用一環(huán)形導(dǎo)磁材料作成磁芯， 套在被測電流流過的導(dǎo)線上， 將導(dǎo)線中電流感生的磁場聚集起來， 在磁芯上開一氣隙， 內(nèi)置一個(gè)霍爾線性器件， 器件通電后，便可由它的霍爾輸出電壓得到導(dǎo)線中流通的電流。3、調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定3.1 電路基本數(shù)據(jù)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)PWM裝置放大系數(shù)2) 電樞回路總電阻；3）電磁時(shí)間常4) 機(jī)電時(shí)間常數(shù)5) 調(diào)節(jié)器輸入電阻；6) 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的允許過載倍數(shù) =2；7) 直流電機(jī)參數(shù) :UN=220V,IN=55A,nN=1000r/min, 計(jì)算可得取 0.2；14武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明

20、書3.2 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)：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)：r/min;3.3 電流環(huán)的設(shè)計(jì)1）確定時(shí)間常數(shù)選擇開關(guān)頻率為1KHZ,所以 PWM裝置滯后時(shí)間常數(shù)：。電流濾波時(shí)間常數(shù) : Toi0.002s 。.(Ts 和 Toi 一般都比 Tl 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)根據(jù)設(shè)計(jì)要求：i5% , 可按典型型設(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i s 1WACR ( s)K ii s式中K i 電流調(diào)節(jié)

21、器的比例系數(shù)；i 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)電流環(huán)開環(huán)時(shí)間增益 : 要求i5% ，故應(yīng)取 K I Ti0.5 ，因此=于是， ACR的比例系數(shù)為 :15武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書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：c i13Ts滿足近似條件；（2）忽略反電動(dòng)勢對(duì)電流環(huán)影響的條件：1ci3,Tm T l即313154 . 77 s 1ciT m T l0 .2 0 .015滿足近似條件；（3）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：11ci3T s Toi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 R020k，各

22、電阻和電容值計(jì)算如下,取 57，取 0.025, 取0.216武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書3.4 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)Ton0.005s（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理T n2Tom0. 011T is2）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n s1WASR (s)K n3）選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)n s根據(jù)跟隨性和抗干

23、擾性能都較好的原則取h5，則 ASR超前時(shí)間常數(shù)為nhT n50. 011s0. 055s轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：h162991. 74s2KN2 22252 s2h T n0. 011ASR的比例系數(shù)：Kn( h 1)CeTm60. 140. 120. 230. 52h RTn250. 0150. 40. 0114）近似校驗(yàn)轉(zhuǎn)速截止頻率為：cnKNKN n991. 74 0. 055 54. 55 1s1電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件滿足簡化條件。17武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書（2）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：cn1132 T i T on現(xiàn)在111132T i Ton3260.86 cn0.003

24、0.005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R020k，則R1 2Kn R030. 540k1220k，取 1220kC1n0. 055106F0. 045F ，取 0.045 FRn1220103C04Ton40. 0056F0.5 F，取 0.5 F2R040103106）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng) h=5 時(shí)，查表得，n =37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于這是按線性系統(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。n( Cmax %) 2(z)nnomT nCbnTm當(dāng) h=5

25、時(shí)，C max % 81.2%Cb而nmaxI dnomR 550. 4 rmin110 rCe0. 2min因此 n 81. 2%221100. 0111. 97% 10% 滿足設(shè)計(jì)要求。10000. 218武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書4、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速換的仿真4.1 電流環(huán)的仿真設(shè)計(jì)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖 4-1 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖已知各個(gè)參數(shù)的值可以用 matlab 畫出傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖圖 4-2 電流環(huán)的仿真模型由此可以得到電流環(huán)的仿真結(jié)果由圖形可以看出電流環(huán)的超調(diào)量很小，所以設(shè)計(jì)滿足要求圖 4-3電流環(huán)仿真結(jié)果19武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計(jì)

26、轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1，用 matlab 畫出動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為圖 4-4轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型由此可以得到轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果由圖形可以看出轉(zhuǎn)速環(huán)的超調(diào)量很小，所以設(shè)計(jì)滿足要求圖 4-5 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果20武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一周，在整整一個(gè)星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)我感受頗多。在正式進(jìn)行設(shè)計(jì)之前， 我參考了一些網(wǎng)上的資料， 通過對(duì)這些設(shè)計(jì)方案來開拓自己的思路，最后終于有了自己的思路。課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐課的一種， 在很大程度上實(shí)現(xiàn)了動(dòng)手與動(dòng)腦， 理論與實(shí)際的相互結(jié)合，既是對(duì)工業(yè)環(huán)境的一個(gè)簡單縮影， 又是對(duì)理論知識(shí)的一種檢驗(yàn)， 很好地實(shí)現(xiàn)了從書本到實(shí)際操作的一個(gè)過渡。 課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制理論的一種檢驗(yàn)， 而且也是對(duì)自己能力的一種提高。 通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺， 自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。 以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。通過這次課設(shè)， 我不僅在知識(shí)上有了進(jìn)一步的鞏固和提高， 在求學(xué)和研究的心態(tài)上也有不小的進(jìn)步。