PWM直流双闭环调速系统设计.doc

运动控制系统大作业
直流PＷＭ双闭环调速系统，基本数据如下:
直流电机:额定功率1８5W,额定电枢电压２20VDC,额定电枢电流1、25A,励磁电压22０VDC，励磁电流0、16A,额定转速1500rｐm,额定转矩１2０00g·ｃm,允许过载倍数1、2；
PWM变换器：占空比15%－8５%;
时间常数:电磁时间常数１0ｍｓ,机电时间常数87mｓ;
控制器得最大输入/输出电压均不超过3V
设计要求:
静态指标,转速／电流无静差;
动态指标，电流超调不超过5%;空载启动到额定转速时得转速超调不超过１0%。
请完成转速调节器、电流调节器得设计、理论仿真与调试。
1、双闭环调速系统得结构图
直流双闭环调速系统得结构图如图所示,转速调节器与电流调节器串极联结,转速调节器得输出作为电流调节器得输入，再用电流调节器得输出去控制PWＭ装置。其中脉宽调制变换器得作用就是:用脉冲宽度调制得方法,把恒定得直流电源电压调制成频率一定、宽度可变得脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压得大小,以调节电机转速，达到设计要求。

双闭环调速系统得结构图
2、电路设计
Ｈ桥式可逆直流脉宽调速系统主电路得如图所示。PWM逆变器得直流电源由交流电网经不控得二极管整流器产生,并采用大电容滤波,以获得恒定得直流电压。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波电容充电，这时电容器两端电压升高称作“泵升电压”。为了限制泵升电压,用镇流电阻Rz消耗掉这些能量,在泵升电压达到允许值时接通VTz。

H桥式直流脉宽调速系统主电路
四单元ＩGBT模块型号：20MＴ12０UＦ
主要参数如下：
=１200Ｖ=16A=1００
2、１给定基准电源
此电路用于产生±１5Ｖ电压作为转速给定电压以及基准电压,如图所示:

给定基准电源电路
2、2双闭环调节器电路设计
为了实现闭环控制，必须对被控量进行采样,然后与给定值比较,决定调节器得输出,反馈得关键就是对被控量进行采样与测量。
2、2、１电流调节器
由于电流检测中常常含有交流分量,为使其不影响调节器得输入,需加低通滤波。此滤波环节传递函数可用一阶惯性环节表示，由初始条件知滤波时间常数,以滤平电流检测信号为准。为了平衡反馈信号得延迟，在给定通道上加入同样得给定滤波环节,使二者在时间上配合恰当。

图2-3含给定滤波与反馈滤波得ＰＩ型电流调节器
2、2、2转速调节器
由测速发电机得到得转速反馈电压含有换向纹波,因此也需要滤波,由初始条件知滤波时间常数。根据与电流环一样得原理，在转速给定通道上也加入相同时间常数得给定滤波环节。
3、调节器得参数整定
本设计为双闭环直流调速系统
电路基本数据如下
1）电磁时间常数；
2)机电时间常数;
3)触发整流环节得允许过载倍数λ=1、2;
设计指标:
1）静态指标:无静差;
2)动态指标:电流超调量；空载起动到额定转速时得转速超调量。
计算反馈关键参数:
Cｔ=T/Ｉa＝0、9408
Ｃe＝Ct/９、５5=０、098５V、ｍｉｎ／r
nＮ＝(UN-ＩN＊Ｒ)／CeR＝57、7８Ω
α=Unｍ/ｎN=０、0０2V／(r/miｎ)
β=Uim/Idm=2V/A
３、１电流环得设计
1）确定时间常数
PＷM装置滞后时间常数：Ts=0、0017s。电流滤波时间常数:。T=0、０017+０、002＝0、003７s(与一般都比小得多,可以当作小惯性群近似地瞧作就是一个惯性环节)。
2）选择电流调节器结构
可按典型Ⅰ型设计电流调节器。电流环控制对象就是双惯性型得,所以把电流调节器设计成PI型得,其传递函数为

式中——电流调节器得比例系数;——电流调节器得超前时间常数。
3)选择电流调节器得参数
AＣＲ超前时间常数；改电流环开环时间增益:要求,故应取，因此

于就是,ＡCR得比例系数为:

4）校验近似条件
电流环截止频率:

(1)晶闸管装置传递函数近似条件：

即

满足近似条件；
(2)忽略反电动势对电流环影响得条件：

即

满足近似条件;
（3)小时间常数近似处理条件:

即

满足近似条件。
5)计算调节器电阻与电容
调节器输入电阻为,各电阻与电容值计算如下
取
，取
,取
3、２转速环得设计
1)确定时间常数
（１)电流环等效时间常数
(2）转速滤波时间常数
(３)转速环小时间常数近似处理
2)选择转速调节器结构
按跟随与抗扰性能都能较好得原则,在负载扰动点后已经有了一个积分环节，为了实现转速无静差,还必须在扰动作用点以前设置一个积分环节,因此需要Ⅱ由设计要求,转速调节器必须含有积分环节,故按典型Ⅱ型系统—选用设计ＰI调节器，其传递函数为

3)选择调节器得参数
根据跟随性与抗干扰性能都较好得原则取,则ASR超前时间常数为

转速开环增益:

ＡSＲ得比例系数:

4）近似校验
转