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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán) H形雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 一． 參數(shù)計算 1． 電流環(huán)參數(shù)的設(shè)計： （1） 確定時間常數(shù) 1) 整流裝置滯后時間常數(shù)。 因為f=1khz，所以=0.001s 2) 電流濾波時間常數(shù)。 由題中已知條件知=0.001s 3)電流環(huán)小時間常數(shù)之和。 =+=0.001+0.001=0.002s （2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，因此可按典I系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器ACR。電流調(diào)節(jié)器ACR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)如下式： （3）計算電流

2、調(diào)節(jié)器參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：， 電流環(huán)開環(huán)增益：要求時，按課本上表3-1，應(yīng)取，因此 電流反饋系數(shù)：因為所以： 又根據(jù)已知條件知=4.8 于是，ACR的比例系數(shù)為 （4）校驗近似條件 電流環(huán)截止頻率: 1）校驗晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件： 滿足近似條件。 2）校驗忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件： 滿足近似條件。 3）校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件： 滿足近似條件。 （5）計算調(diào)節(jié)器的電阻電容： 已知，各電阻和電容值計算如下： ， 近似取 ，

3、取 。取 2.轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)的設(shè)計： （1）確定時間常數(shù): 1）電流環(huán)等效時間常數(shù) = 2）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) 由已知條件知 3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù) （2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 由于設(shè)計要求無靜差，且要求設(shè)計為典II系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)必須含有積分環(huán)節(jié);故轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR選擇PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 （3）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)： 按跟隨和抗擾性能都較好的原則， 取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為: 所以轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益: 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):由可知： 于是，可以算出ASR的

4、比例系數(shù)為: （4）校驗近似條件： 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率： 1）校驗電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： ，滿足簡化條件。 2）校驗小時間常數(shù)近似處理條件： ，滿足條件。 （5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容： 已知，各電阻和電容值計算如下： ，可近似取 ，取 ，取 （6）驗證空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量： 當h=5時，查表得，δn=37.6%，不能滿足設(shè)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，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計算超調(diào)量。 設(shè)理想空載起動時，負載系數(shù)z=0，已知直流電機參數(shù)： ＝0.2 KW，＝48 V

5、，＝3.7 A，＝200 r/min，Ra＝6.5Ω，R=8Ω；PWM裝置放大系數(shù)Ks=4.8；時間常數(shù)Tm=0.2s，Tl=0.015s； 當時，；而,又因為 因此 ，滿足空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量的設(shè)計要求。 （二）直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的完整硬件實現(xiàn)原理圖如下： （三）原理圖上實現(xiàn)所要求的直流調(diào)速系統(tǒng)的原理如下： 主電路系統(tǒng)是由10V直流電源，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，SG3524芯片，H型雙極式可逆PWM橋式電路，三相整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、測速發(fā)電機和霍爾電流互感器組成。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

6、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,然后通過脈沖寬度調(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。與此同時，由測速發(fā)電機檢測電機的實時轉(zhuǎn)速，并用霍爾電流互感器對電樞電流進行實時跟蹤，以達到設(shè)計要求。 （四）原理圖上每個元件選定的依據(jù)及其分析： （1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 對于一個控制系統(tǒng)而言，最關(guān)鍵的是控制器的設(shè)計，控制器設(shè)計的好壞關(guān)系到控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣?？刂破饕髮崟r性強，通用性強，具有較強的智能，在滿足性能指標的前提下應(yīng)盡可能的簡單。 轉(zhuǎn)速反饋電路如下圖所示，其各個參數(shù)在（一）中已經(jīng)算出，并

7、標注在圖中。這里選用PI控制器，因為設(shè)計要求無靜差，且要求設(shè)計為典II系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)必須含有積分環(huán)節(jié)，同時，PI控制器還能在滿足設(shè)計要求的前提下，盡可能的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （2）電流調(diào)節(jié)器 電流反饋電路如圖所示，其各個參數(shù)在（一）中已算出，并標注在下圖中。由于要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，所以電流調(diào)節(jié)器也選擇PI調(diào)節(jié)器。 （2） SG3524芯片 采用集成脈寬調(diào)制器SG3524作為脈沖信號發(fā)生的核心元件。它的主要作用是用它來產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的PWM信號。其結(jié)構(gòu)圖如下： 根據(jù)主電路中IGBT的開關(guān)頻率，選擇適當?shù)?值即可確定振蕩頻率。由初始條件知開關(guān)頻率為1kHz，可以

8、選擇，=0.001uf。 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9所示，由15腳輸入+10V電壓。9腳是誤差放大器的輸出端，在1、9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+10V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)11、14引腳的輸出脈沖寬度，實現(xiàn)脈寬調(diào)制變換器的功能實現(xiàn)。 （3）H型雙極式可逆PWM橋式電路 “H”型是雙極性驅(qū)動電路的一種，也稱為橋式電路。其電路是由四個晶閘管和四個續(xù)流二極管組成，。四個晶閘管分為兩組，VT1和

9、VT4為一組，VT2和VT3為另一組。同一組的晶閘管同步導(dǎo)通或關(guān)斷，不同組的晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷正好相反。在每個PWM周期里，當控制信號為高電平時，晶閘管VT1和VT4導(dǎo)通，此時另一組晶閘管輸入信號為低電平，因此VT2和VT3截止。電樞繞組承受從A到B的正向電壓；當控制信號輸入為低電平時，晶閘管VT1和VT4截止，此時另一組晶閘管輸入為高電平，因此VT2和VT3導(dǎo)通，電樞繞組承受從B到A的反向電壓，這就是所謂的“雙極”。 其電路結(jié)構(gòu)圖如下： （4），三相整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置 整流變壓器和晶閘管整流調(diào)速裝置的功能是將輸入的交流電整流后變成直流電。其電路

10、結(jié)構(gòu)圖如下： （5）轉(zhuǎn)速檢測電路 轉(zhuǎn)速檢測電路如圖12。與電動機同軸安裝一臺測速發(fā)電機，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓輸送給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。測速發(fā)電機的輸出電壓不僅表示轉(zhuǎn)速的大小，還包含轉(zhuǎn)速的方向，通過調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 （6）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圖如下圖： （五）實驗心得體會： 在查閱相關(guān)資料，聯(lián)系所學(xué)知識，以及自己的不屑努力下，歷時將近一個月，我終于完成了本次關(guān)于“雙閉環(huán)控制的H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的”課程設(shè)計。 在這次課程設(shè)計中，可謂困難

11、重重。它不僅是對自己前面所學(xué)電力電子技術(shù)和運動控制理論的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種挑戰(zhàn)。以前，從沒獨立完成過如此龐大的課設(shè)題目，起初，我不知道如何下手，不知道如何確定控制芯片，也不知道如何連接線路以及如何控制PWM調(diào)速。一時間，手忙腳亂，但是在我靜下心來后，我認真的研究課設(shè)內(nèi)容，虛心的查閱相關(guān)資料，以及耐心的聯(lián)系自己的所學(xué)知識后。慢慢的，我對實驗原理有了準確的認識，也明白了原理圖的連接方法，以及如何選擇各個部件。最終在我耐心的設(shè)計下，完成了這次課設(shè)。 通過本次課程設(shè)計，一方面培養(yǎng)了我獨立動手，獨立思考，查閱相關(guān)資料獨立去發(fā)現(xiàn)，面對，分析和解決問題的能力，同時增強了自己理論聯(lián)系實踐，學(xué)

12、以致用的能力。這大大激發(fā)了我對學(xué)習(xí)課本知識的興趣。在課程設(shè)計中，我也接觸到了許多新知識，這大大拓寬了我的視野。然而，另一方面，我也發(fā)現(xiàn)我對所學(xué)知識掌握的還不夠牢靠，對所學(xué)知識的應(yīng)用還不夠嫻熟，自己的動手和思考能力還有待提高。我明白了學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 總之，本次課程設(shè)計，我受益匪淺。 參考文獻： [1]許曉峰.電機及拖動[M].第1版.北京：高等教育出版社，2004. [2]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2003. [3]王曉明.電動機的單片機控制[M].第1版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002. [4]李錫雄.脈寬調(diào)制技術(shù)[M].第1版.武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000. [5]吳守箴.電氣傳動的脈寬調(diào)制控制技術(shù)[M].第1版.北京：機械工業(yè)出版社，2002. <<運動控制系統(tǒng)>> 期 中 考 試 姓名：唐 丹 學(xué)號： 專業(yè)：自動化 班級：0801 2011年5月25日 專心---專注---專業(yè)