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

1、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=0.001s2) 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

2、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 ，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

3、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(dāng)h=5時，查表得，n=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(fù)載系數(shù)z=0，已知直流

4、電機參數(shù)： 0.2 KW，48 V，3.7 A，200 r/min，Ra6.5，R=8；PWM裝置放大系數(shù)Ks=4.8；時間常數(shù)Tm=0.2s，Tl=0.015s； 當(dāng)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)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器

5、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(jìn)行實時跟蹤，以達(dá)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(biāo)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，并標(biāo)注在圖中。這里選用PI控制器，因為設(shè)計要求無靜差，且

6、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(biāo)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(dāng)?shù)?值即可確定振蕩頻率。由初始條件知開關(guān)頻率為1kHz，可以選擇，=0.001uf。SG3524采用是定頻PWM電路,DIP-16型封裝。由SG35

7、24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

8、周期里，當(dāng)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(dāng)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(fù)反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉(zhuǎn)速

9、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PW

10、M調(diào)速。一時間，手忙腳亂，但是在我靜下心來后，我認(rèn)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(zhǔn)確的認(rèn)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)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(xiàn)：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