直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究報(bào)告-調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

..摘要自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)"是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重要課程設(shè)計(jì)之一；是在學(xué)生完成自動(dòng)控制系統(tǒng)理論學(xué)習(xí)后，對(duì)相關(guān)的各種類(lèi)型系統(tǒng)所進(jìn)展的課程設(shè)計(jì)；是自動(dòng)控制系統(tǒng)課程教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。當(dāng)今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和開(kāi)展，而直流調(diào)速控制作為電氣傳動(dòng)的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用。本文主要研究直流調(diào)速系統(tǒng)，它主要由三局部組成，包括控制局部、功率局部、直流電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比擬靈活、方法簡(jiǎn)單、易于大圍平滑調(diào)速、控制性能好等特點(diǎn)，一直在傳動(dòng)領(lǐng)域占有統(tǒng)治地位。微機(jī)技術(shù)的快速開(kāi)展，在控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文對(duì)基于微機(jī)控制的閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)展了較深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用微機(jī)硬件和軟件開(kāi)展的最新成果，探討一個(gè)將微機(jī)和電力拖動(dòng)控制相結(jié)合的新的控制方法，研究工作在對(duì)控制對(duì)象全面回憶的根底上，重點(diǎn)對(duì)控制局部展開(kāi)研究，它包括對(duì)實(shí)現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討，控制策略和控制算法的探討等容。在硬件方面充分利用微機(jī)外設(shè)接口豐富，運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，采取軟件和硬件相結(jié)合的措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。課設(shè)分析了系統(tǒng)工作原理和提高調(diào)速性能的方法，研究了IGBT模塊應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)、吸收、保護(hù)控制等關(guān)鍵技術(shù).在微機(jī)控制方面，通過(guò)實(shí)時(shí)試與調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，此調(diào)速系統(tǒng)可獲得快速、準(zhǔn)確的調(diào)速效果。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生將進(jìn)一步掌握電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)理論和電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算以及電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)展實(shí)踐運(yùn)用，并且加深對(duì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)造的了解。關(guān)鍵詞：直流可逆調(diào)速；數(shù)字觸發(fā)；PWM；數(shù)字控制器引言礦井提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦中的重要運(yùn)輸設(shè)備，是"四大運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備〞之一。礦井提升系統(tǒng)環(huán)節(jié)多、控制復(fù)雜、運(yùn)行速度快、慣性質(zhì)量大、運(yùn)行特性復(fù)雜的特點(diǎn)，且工作狀況經(jīng)常交轉(zhuǎn)換。近幾年，交流調(diào)速飛速開(kāi)展，逐漸有趕超并代替直流調(diào)速的趨勢(shì)。直流調(diào)速理論根底是經(jīng)典控制理論，而交流調(diào)速主要依靠現(xiàn)代控制理論。不過(guò)最近研制成功的直流調(diào)速器，具有和交流變頻器同等性能的高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性，高智能化特點(diǎn)。同時(shí)直流電機(jī)的低速特性，大大優(yōu)于交流鼠籠式異步電機(jī)，為直流調(diào)速系統(tǒng)展現(xiàn)了無(wú)限前景。單閉環(huán)直速系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)行性能要求很高的機(jī)床還存在著很多缺乏，快速性還不夠好。而基于電流和轉(zhuǎn)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性都很理想。而且，直流電機(jī)由于具有速度控制容易，啟、制動(dòng)性能良好，且在寬圍平滑調(diào)速等特點(diǎn)而在冶金、機(jī)械制造、輕工業(yè)等工業(yè)部門(mén)中得到廣泛應(yīng)用。直流時(shí)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可以分為兩類(lèi)，即勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。本文主要研究直流調(diào)速系統(tǒng)，它主要由三局部組成，包括控制局部、功率局部、直流電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比擬靈活、方法簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，一直在傳動(dòng)領(lǐng)域占有統(tǒng)治地位。本文對(duì)雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)了較深入的研究，從直流調(diào)整系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了閉環(huán)直流PWM調(diào)整系統(tǒng)的模型。..1課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù)掌握雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成、原理及各主要單元部件的工作原理；熟悉直流PWM專(zhuān)用集成電路SG3525、SG3524等的組成、功能與工作原理；掌握H型PWM變換器的雙極式控制方式的原理與特點(diǎn)；掌握雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟、方法及參數(shù)的整定。對(duì)先修課程〔電力電子學(xué)、自動(dòng)控制原理等〕的進(jìn)一步理解與運(yùn)用，運(yùn)用"電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)"的理論知識(shí)設(shè)計(jì)出可行的直流調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)建模、仿真驗(yàn)證理論分析的正確性。也可以制作硬件電路，同時(shí)能夠加強(qiáng)同學(xué)們對(duì)一些常用單元電路的設(shè)計(jì)、常用集成芯片的使用以及對(duì)電阻、電容等元件的選擇等的工程訓(xùn)練。到達(dá)綜合提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力的目的。本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)，首先總體方案確實(shí)定，主電路原理，元件選擇、參數(shù)計(jì)算，掌握系統(tǒng)原理圖、穩(wěn)態(tài)構(gòu)造圖、動(dòng)態(tài)構(gòu)造圖、主要硬件構(gòu)造圖，進(jìn)一步學(xué)會(huì)控制電路設(shè)計(jì)、原理分析、主要元件、參數(shù)的選擇，調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)以及參數(shù)計(jì)算等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)展課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。2設(shè)計(jì)方案確實(shí)定自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)歷從"機(jī)械負(fù)載的調(diào)速性能〔動(dòng)、靜〕→電機(jī)參數(shù)→主電路→控制方案〞〔系統(tǒng)方案確實(shí)定〕→"系統(tǒng)設(shè)計(jì)→仿真研究→參數(shù)整定→直到理論實(shí)現(xiàn)要求→硬件設(shè)計(jì)→制版、焊接、調(diào)試〞等過(guò)程，其中系統(tǒng)方案確實(shí)定至關(guān)重要。為了發(fā)揮同學(xué)們的主管能動(dòng)作用，且防止方案及結(jié)果雷同，在選定系統(tǒng)方案時(shí)，規(guī)定外的其他參數(shù)有同學(xué)自己選定。2.1主電路設(shè)計(jì)主電路采用二極管不可控整流，逆變器采用帶續(xù)流二極管的功率開(kāi)關(guān)管IGBT構(gòu)成H型雙極式控制可逆PWM變換器。2.2調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器。2.3機(jī)械負(fù)載參數(shù)機(jī)械負(fù)載為對(duì)抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速?lài)鶧=4；直流發(fā)電機(jī)：；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2.4主電源參數(shù)可以選擇單相交流220V供電；變壓器二次電壓為67V。2.5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，過(guò)載倍數(shù)。3設(shè)計(jì)所需設(shè)備及儀器3.1所需設(shè)備MCL—32電源控制屏〔2〕MCL—31組件〔3〕MCL—10組件〔4〕MEL—11掛箱〔5〕MEL—03三相可調(diào)電阻〔6〕電機(jī)導(dǎo)軌及測(cè)速發(fā)電機(jī)〔7〕直流電動(dòng)機(jī)M03，直流發(fā)電機(jī)M013.2所需儀器儀表示波器萬(wàn)用表4課程設(shè)計(jì)原理及容4.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)造圖直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)造圖4.1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，到達(dá)設(shè)計(jì)要求。圖4.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)造圖4.2H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形雙極式逆變器電路如圖1-2所示。這時(shí)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4.2H形雙極式逆變器電路雙極式逆變器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如以下圖所示圖4.3H形雙極式逆變器的驅(qū)動(dòng)電壓波形他們的關(guān)系是：。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，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)周期正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特征，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)表達(dá)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)，，那么的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，那么反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等，，平均輸出電壓為零，那么電動(dòng)機(jī)停頓。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為〔4.1〕如果定義占空比，電壓系數(shù)那么在雙極式可逆變換器中〔4.2〕調(diào)速時(shí)，的可調(diào)圍為0～1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)停頓。但電動(dòng)機(jī)停頓時(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)停頓時(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)。4.3課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)容4.3.1PWM控制器SG3525性能測(cè)試分別連接"3〞和"5〞，"4〞和"6〞，"7〞和"27〞，"31〞和"22〞，"32〞和"23〞，然后翻開(kāi)面板右下角的電源開(kāi)關(guān)。用示波器觀察"25〞端的電壓波形，記錄波形的周期，幅度〔包括S1開(kāi)關(guān)撥向"通〞和"斷〞兩種情況〕S5開(kāi)關(guān)打向0V，用示波器觀察"30〞端電壓波形，調(diào)節(jié)RP2電位器，使方波的占空比為50%。S5開(kāi)關(guān)打向"給定〞分別調(diào)節(jié)RP3,RP4，記錄"30〞端輸出波形的最大占空比和最小占空比〔分別記錄S2打向"通〞和"斷〞兩種情況〕4.3.2控制電路的測(cè)試邏輯延時(shí)時(shí)間的測(cè)試S5開(kāi)關(guān)打向"OV〞，用示波器觀察"33〞和"34〞端的輸出波形，并記錄延時(shí)時(shí)間Td=同一橋臂上下管子驅(qū)動(dòng)信號(hào)死區(qū)時(shí)間測(cè)試分別連接"7〞和"8〞，"10〞和"11〞，"12〞和"13〞，"14〞和’15’，‘16’和"17〞，"18〞和"19〞，用雙蹤示波器分別測(cè)量Vvt1.gs和Vvt2.gs以及Vvt3.gs和Vvt4.gs的死區(qū)時(shí)間Td.vt1.vt2=Td.vt3.vt4=4.3.3開(kāi)環(huán)系統(tǒng)測(cè)試速度反應(yīng)系數(shù)的測(cè)試斷開(kāi)主電源，并逆時(shí)針調(diào)節(jié)調(diào)壓器旋鈕到底，斷開(kāi)"9〞,"10〞所接的電阻，接入直流電動(dòng)機(jī)M03，電機(jī)加上勵(lì)磁。S4扳向上，合上主電源。調(diào)節(jié)RP3電位器使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，并到達(dá)1400r/min,調(diào)節(jié)FBS的反應(yīng)電位器RP，使速度反應(yīng)電壓為2V。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性測(cè)定使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)1400r/min，改變直流發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻Rd，在空載至額定負(fù)載圍測(cè)取7-8個(gè)點(diǎn)，記錄相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n和直流發(fā)電機(jī)電流Id。表4.1N=1400r/minnr/min1400130812901270125012401225IdA0.140.370.420.50.60.650.75調(diào)節(jié)RP3，使n=1000r/min和n=500r/min,做同樣的記錄，可得到電機(jī)在中速和低速時(shí)的機(jī)械特性。表4.2N=1000r/minnr/min1000932915900875856836IdA0.120.280.350.40.50.60.7表4.3N=500r/minnr/min500460430425400395375IdA0.10.20.250.30.350.40.5斷開(kāi)主電源，S4開(kāi)關(guān)撥向"負(fù)給定〞,然后按照以上方法，測(cè)出系統(tǒng)的反向機(jī)械特性。表4.4N=-1500r/minnr/min-1500-1390-1380-1369-1355-1340-1335-1300IdA-0.1-0.35-0.4-0.44-0.5-0.55-0.6-0.75表4.5N=-1000r/minnr/min-1000-923-900-890-875-865-848IdA-0.1-0.28-0.35-0.4-0.45-0.5-0.6表4.6N=-500r/minnr/min-500-455-428-414-400-387-375-348IdA-0.08-0.16-0.25-0.3-0.35-0.4-0.45-0.64.3.4閉環(huán)系統(tǒng)測(cè)試將ASR,ACR均接成PI調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。速度調(diào)節(jié)器的測(cè)試反應(yīng)電位器RP3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，使放大倍數(shù)最?。?5〞，"6〞端接入MEL-11電容器，預(yù)置5-7.5uF；調(diào)節(jié)RP1,RP2使輸出限幅為正負(fù)2V.電流調(diào)節(jié)器的測(cè)試反應(yīng)電位器RP3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，使放大倍數(shù)最?。?5〞"6〞端接入MEL-11電容器，預(yù)置5-7.5uF；S5開(kāi)關(guān)打向給定，S4開(kāi)關(guān)板向上，調(diào)節(jié)MCL-10的RP3電位器，使ACR正飽和，調(diào)節(jié)ACR的正限幅電位器RP1，用示波器觀察"30〞的脈沖，不可移出圍。S5開(kāi)關(guān)打向給定，S4開(kāi)關(guān)打向下至負(fù)給定，調(diào)節(jié)MCL-10的RP4電位器，使ACR輸出負(fù)飽和，調(diào)整ACR的負(fù)限幅電位器RP2，用示波器觀察"30〞的脈沖，不可移出圍。4.3.5系統(tǒng)靜特性測(cè)試由于采用了脈寬調(diào)制，電流波形都是連續(xù)的，因而機(jī)械特性關(guān)系式比擬簡(jiǎn)單，電壓平衡方程如下〔4.3〕〔4.4〕按電壓平衡方程求一個(gè)周期的平均值，即可導(dǎo)出機(jī)械特性方程式，電樞兩端在一個(gè)周期的電壓都是，平均電流用表示，平均轉(zhuǎn)速，而電樞電感壓降的平均值在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。于是其平均值方程可以寫(xiě)成〔4.5〕那么機(jī)械特性方程式〔4.6〕機(jī)械特性n=f(id)測(cè)定S5開(kāi)關(guān)打向給定，S4開(kāi)關(guān)扳向上，調(diào)節(jié)MCL-10的RP3電位器，使電機(jī)空載轉(zhuǎn)速至1400r/min，再調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻Rd,在空載至額定負(fù)載圍分別記錄7-8點(diǎn)，可測(cè)出系統(tǒng)正轉(zhuǎn)時(shí)的靜特性曲線(xiàn)表4.7N=1400r/minnr/min151915201525152215221522IdA0.130.40.50.550.60.7S5開(kāi)關(guān)打向給定，S4開(kāi)關(guān)打向下至負(fù)給定，調(diào)節(jié)MCL-10的RP4電位器，使電機(jī)空載轉(zhuǎn)速至1400r/min，再調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻Rd，在空載至額定負(fù)載圍分別記錄7-8點(diǎn)，可測(cè)出系統(tǒng)反轉(zhuǎn)的靜特性表4.8n=-1500r/minnr/min-1510-1510-1499-1502-1503-1504-1503IdA-0.4-0.45-0.5-0.55-0.65-0.7-0.75〔2〕閉環(huán)控制特性n=f(UG〕的測(cè)定S5開(kāi)關(guān)打向給定，S4開(kāi)關(guān)扳向上，調(diào)節(jié)MCL-10的RP3電位器，記錄Ug和n,可得出閉環(huán)控制特性n=f(UG)表4.9nr/min510709237900103511881319UgV1.121.510.581.882.132.422.674.3.6系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形的觀察用示波器觀察動(dòng)態(tài)波形并記錄動(dòng)態(tài)波形，在不同調(diào)節(jié)器參數(shù)下觀察，記錄以下波形：突加給定啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形突加額定負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形突降負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形圖4.44.3.7系統(tǒng)參數(shù)測(cè)定主電路電阻R及電機(jī)的電樞電阻Ra，平波電抗器的直流電阻Rl和整流裝置的阻Rn。首先測(cè)出主電路電阻R，然后將Ra短路，測(cè)出Rl和Rn總和，用R-〔Rl+Rn〕即可得出電阻Ra的值，接著將電阻Rl短路，測(cè)出Rn和Ra之和，用R-〔Rn+Ra)即可得出Rl的值，最后用R-Rl-Ra即可得出Rn的值。表4.10測(cè)定總電阻RIA0.90.45Uv6483可得R=△U/△I=〔83-64〕/〔0.9-0.45〕=42.23Ω將電樞電阻Ra短路，表4.11測(cè)得其他電阻IA0.90.45Uv7483可得Ra=R-△U/△I=42.23-(83-74)/(0.9-0.45)=22.23Ω將直流電阻Rl短路，表4.12測(cè)得其他電阻IA0.90.45Uv6073可得Rl=R-△U/△I=42.23-(73-60)/(0.9-0.45)=13.33Ω最后得出整流裝置的阻Rn=42.23-22.23-13.33=6.67Ω電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常熟Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm的測(cè)定將電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，使之空載運(yùn)行，改變電樞電壓Ud，測(cè)得相應(yīng)的n,即可由下式算出CeCe=Ke&=〔Ud2-Ud1)/(n2-n1)Ce的單位為V/〔r/min)表4.13nr/min14001300Udv195182可得出Ce=〔195-182〕/〔1400-1300〕=0.13V/(r/min)轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm的單位為N.m/A,可又Ce求出Cm=9.55Ce即Cm=9.55Ce=1.24N.m/A整流裝置特性Ud=f(Uct)測(cè)速發(fā)電機(jī)特性Utg=f(n)主電路電磁時(shí)常數(shù)Tc5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2-1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，并采用大電容濾波，以獲得恒定的直流電壓。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(chēng)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，在泵升電壓到達(dá)允許值時(shí)接通VTz。圖5.1H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：=1200V=16A=1005.1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)展采樣，然后與給定值比擬，決定調(diào)節(jié)器的輸出，反應(yīng)的關(guān)鍵是對(duì)被控量進(jìn)展采樣與測(cè)量。5.1.1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)，以濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。為了平衡反應(yīng)信號(hào)的延遲，在給定通道上參加同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時(shí)間上配合恰當(dāng)。圖5.2含給定濾波與反應(yīng)濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器5.1.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速反應(yīng)電路如圖5.3所示，由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反應(yīng)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)。根據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也參加一樣時(shí)間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。圖5.3含給定濾波與反應(yīng)濾波的PI型電轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器5.2IGBT基極驅(qū)動(dòng)電路原理圖5.4EXB841部構(gòu)造圖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(guò)流保護(hù)電路誤動(dòng)作〔大多數(shù)場(chǎng)合不需要該電容器〕；腳5：過(guò)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〔-，＋〕。6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)速系統(tǒng)，電路根本數(shù)據(jù)如下：1)PWM裝置放大系數(shù)；2)電樞回路總電阻R=42.23Ω3)電磁時(shí)間常數(shù)；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(guò)載倍數(shù)λ=1.5；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；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。計(jì)算反應(yīng)關(guān)鍵參數(shù)：〔6.1〕〔6.2〕6.1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)：。電流濾波時(shí)間常數(shù):。(和一般都比小得多,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)器構(gòu)造根據(jù)設(shè)計(jì)要求：，而且〔6.3〕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〔6.4〕式中——電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；——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(kāi)環(huán)時(shí)間增益:要求，故應(yīng)取，因此〔6.5〕于是，ACR的比例系數(shù)為:〔6.6〕4〕校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率:〔6.7〕〔1〕晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件：〔6.8〕即〔6.9〕滿(mǎn)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：〔6.10〕即〔6.11〕滿(mǎn)足近似條件；〔3〕小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：〔6.12〕即〔6.13〕滿(mǎn)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，各電阻和電容值計(jì)算如下取〔6.14〕，取〔6.15〕，取〔6.16〕6.2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)近似處理2〕選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器構(gòu)造按跟隨和抗擾性能都能較好的原那么,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Ⅱ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Ⅱ型系統(tǒng)—選用設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為〔6.17〕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那么取，那么ASR超前時(shí)間常數(shù)為〔6.18〕轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益：〔6.19〕ASR的比例系數(shù)：〔6.20〕4〕近似校驗(yàn)轉(zhuǎn)速截止頻率為：〔6.21〕〔1〕電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件：〔6.22〕現(xiàn)在〔6.23〕滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件?！?〕小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：〔6.24〕現(xiàn)在〔6.25〕滿(mǎn)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，那么，取200〔6.26〕，取0.2〔6.27〕，取0.5〔6.28〕6〕檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，查表得，=37.6%，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于這是按線(xiàn)性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線(xiàn)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?！?.29〕當(dāng)h=5時(shí)，〔6.30〕而〔6.31〕因此〔6.32〕滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。..7總結(jié)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)歷缺乏。實(shí)踐出真知，通