直流雙閉環(huán)pwm反饋電路

1、1 已知參數(shù)。某轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用橋式可逆PWM電路供電，已知基本數(shù)據(jù)如下：(1)電動(dòng)機(jī)參數(shù)：=220V, =136A, =1460r/min, Ra=0.2 允許過(guò)載倍數(shù)=1.5;（2）電樞回路總電阻：R=0.5；（3）電樞回路總電感：L=15mH；（4）電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪力矩：=22.5N.；2 設(shè)計(jì)指標(biāo)：電流超調(diào)量5%，轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。 表2典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗繞性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系m=100%27.8%16.6%9.3%6.5%2.83.43.84.014.721.728.730.4 表3 典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)

2、關(guān)系KT0.250.390.500.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時(shí)間8.3T6.2T4.7T3.6T相角穩(wěn)定裕度76.369.965.559.251.8截止頻率0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T 表4 典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系 h 3 4 5 6 7 8 9 1072.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%2.452.702.853.003.153.253.303.40 13.6010.458.8012

3、.9516.8519.8022.8025.85解：(1)假設(shè)PWM開(kāi)關(guān)頻率為8kHZTs=0.000125s。(2)電流濾波時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）=3.33ms，因此取=2ms=0.002s。（3）電流環(huán)最小時(shí)間常數(shù)之和。按最小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 =+=0.002125s。（4）=0.01/0.5=0.02s。= ， =，n=0.132Vmin/r，=0.18s（5）電源電壓的抗繞性能：9.52各項(xiàng)指標(biāo)可以接受的。電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：=0.02s取晶閘管裝置放大系數(shù)=60電流反饋系數(shù)=0.05。由表3知道。應(yīng)取=0.5，因此=23

4、8.1，于是，ACR的比例系數(shù)為=0.794（5）檢驗(yàn)近視條件：電流環(huán)截止頻率：=238.1檢驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件=2666.7 滿足近似條件檢驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件=50 滿足近似條件（6）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻電容原理圖如上圖示，按所用運(yùn)算放大器取R0=50，各電阻電容值計(jì)算如下：=0.79450=39.7 取40=F=0.5F=0.5 取0.5=F=0.16F=0.16 取0.16（7）電流調(diào)節(jié)器仿真仿真模型：仿真結(jié)果：二：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)（1） 確定時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.007Vmin/r。電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)=2=20.0021s=0.0042s（=0.5）根

5、據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s按小時(shí)間常數(shù)近似處理，轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)=+=0.0042s+0.01s=0.0142s根據(jù)設(shè)計(jì)要求，得知選用PI調(diào)節(jié)器（=）可滿足相應(yīng)要求（2）計(jì)算相應(yīng)參數(shù)按跟隨性和抗擾性都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為=h=50.0142s=0.071s求轉(zhuǎn)速換開(kāi)環(huán)增益：=595.12，所以=33.9（3）檢驗(yàn)近似條件因?yàn)镵=，則=595.120.07142.25電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件=112.24 滿足簡(jiǎn)化條件轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件=51.43 滿足近似條件（4）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容=33.940=1356 取1300=F0.546F=0

6、.546 取0.55=F1F=1 取1由表4列出的/數(shù)據(jù)經(jīng)基準(zhǔn)值換算后求得，即=，h=5時(shí)，查表得/=81.2，帶入上式得=281.21.5(1360.5/0.132/1460)(0.0142/0.18)6.810%，能滿足設(shè)計(jì)要求。(5) 仿真仿真結(jié)果整體硬件設(shè)計(jì)如下圖分析如下；首先通過(guò)一個(gè)橋式整流電流將220V交流變?yōu)?5V直流，然后通過(guò)一個(gè)滑動(dòng)變阻器調(diào)出10V電壓作為一個(gè)階躍輸入。通過(guò)轉(zhuǎn)速環(huán)，電流環(huán)，然后為PWM橋式電流供電，pwm的開(kāi)關(guān)控制可以采用555發(fā)生器，這里我用了單片機(jī)，顯得高端一點(diǎn)，也精確點(diǎn)。接在P1.1上，用了個(gè)反相器，我估計(jì)驅(qū)動(dòng)不夠，大功率驅(qū)動(dòng)芯片也許需要，也許還要加個(gè)隔

7、離。電流反饋直接從電機(jī)接回去有個(gè)電阻，就是來(lái)確定反饋系數(shù)。轉(zhuǎn)速反饋并沒(méi)加轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，霍爾器件的。那還得模數(shù)轉(zhuǎn)換兩次，我覺(jué)得又延遲又影響精確度。所以接了個(gè)同軸電機(jī)，作為發(fā)電機(jī)，再接個(gè)電感，反饋回去。大體就是如此。最后附pwm產(chǎn)生程序一份。下面是一些元件說(shuō)明。 橋式可逆PWM變換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。橋式可逆PWM變換器電路如圖2所示。這是電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓的極性變化而變化。圖2 橋式可逆PWM變換器電路雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波

8、形如圖3所示。圖3 PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓波形他們的關(guān)系是：。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)時(shí)，晶體管、飽和導(dǎo)通而、截止，這時(shí)。當(dāng)時(shí)，、截止，但、不能立即導(dǎo)通，電樞電流經(jīng)、續(xù)流，這時(shí)。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)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，則的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等，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如果定義占空比，電壓系數(shù)則在雙極式可逆變換器中調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為01相應(yīng)的。當(dāng)時(shí)，為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)

9、停止。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。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)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。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）低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開(kāi)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?？刂齐娐啡缦滤?。主要組成部分有信號(hào)設(shè)定（頻率給定、給定積分器）、正弦參考信號(hào)幅值和頻率控制電路（絕對(duì)值

10、運(yùn)算器、壓控振蕩器、函數(shù)發(fā)生器、極性鑒別器）、PWM波發(fā)生器（三相正弦波發(fā)生器、鎖相環(huán)、三相波載波發(fā)生器、比較器）及與主電路相隔離的電壓/電流檢測(cè)回路、驅(qū)動(dòng)回路及保護(hù)回路。心得體會(huì)；通過(guò)一個(gè)月對(duì)其中試題的設(shè)計(jì)，雖然實(shí)際是用一周來(lái)做的，但真的學(xué)到了很多東西，把書(shū)本知識(shí)用于解決實(shí)際問(wèn)題中，這正是我們當(dāng)代大學(xué)生所缺少的。我覺(jué)得這次設(shè)計(jì)很有意義。首先學(xué)會(huì)了使用matlab，matlab作為一個(gè)強(qiáng)大的軟件，我卻機(jī)會(huì)沒(méi)使用過(guò)，這次我一步一步了解，作圖，然后分析，仿真，整個(gè)流程下來(lái)就覺(jué)得自己在做一個(gè)工程，那種感覺(jué)油然而生。也感覺(jué)到了自己很多方面的不足，實(shí)際和理論總是有差距的，書(shū)本的東西用實(shí)際中很多時(shí)候用不了，實(shí)際中總是存在些干擾，如果是做實(shí)物，很多時(shí)候感覺(jué)是很多問(wèn)題的，需要我們?nèi)ヅ挪?。所以你要考慮足夠多，才能使問(wèn)題減到最少。同時(shí)也要了解的多，才能想到更多可能性。這次考試感受頗深，以后多多加強(qiáng)這方面能力。PWM單片機(jī)程序；#includereg52.hsbit PWM=P11;/定義輸出腳unsigned char i=0;void main() TMOD=0x01; /定時(shí)器0工作方式1 TH0=(65536-4000)/256; /12M晶振4MS計(jì)時(shí)常數(shù) TL0=(65536-4000)%256; EA=1; /開(kāi)總中斷 ET0=1; /開(kāi)定時(shí)器0中斷 TR0=1; /