转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计.docx

《运动控制系统》课程设计

转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计

专业：****
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转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计
一、设计目的
应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。
应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。
在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。
系统设计参数
直流电动机控制系统设计参数：（直流电动机(3)）
输出功率为:5.5Kw
电枢额定电压220V
电枢额定电流30A
额定励磁电流1A
额定励磁电压110V
功率因数0.85

电枢电阻0.2欧姆
电枢回路电感100mH
电机机电时间常数1S
电枢允许过载系数=1.5
额定转速970rpm

直流电动机控制系统设计参数

环境条件：
电网额定电压:380/220V;
电网电压波动:10%;
环境温度:-40~+40摄氏度;
环境湿度:10~90%.

控制系统性能指标：
电流超调量小于等于5%;
空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%;
调速范围D＝20;
静差率小于等于0.03.

1、设计内容和数据资料
某直流电动机拖动的机械装置系统。
主电动机技术数据为：
,，，电枢回路总电阻，机电时间常数，电动势转速比，Ks=40，，Ts=0.0017ms，电流反馈系数，转速反馈系数，试对该系统进行初步设计。

2、技术指标要求
电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间，电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量。
主电路方案和控制系统确定
主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD和PWM变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，
从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流原理图

如图所示

1、PWM变换器的选用

PWM变换器有可逆和不可逆两类。可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种。由于题目要求须事先电动机可逆运行，故本设计选用带续流的绝缘栅双极晶体管IGBT构成H型双极性控制PWM变换器。其中，电源电压Us选用不可控电力二极管25JPF40整流提供，并采用大电容C进行滤波。

功率管开关管应承受2Us的电压，为此选用FGA25N120AN绝缘栅双极晶体管IGBT并接在功率开关管两端二级管用在IGBT关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流。FGA25N的参数：Vce=200V，Ic=15A。选用10CTF30型电力二极管，If=10A，Urm=300V。

采用单相交流220V供电，变压器二次电压为67V，桥式整流二极管最大反向电压大于电源的幅值的2倍，最大整流电流按2倍额定电流考虑。选25JPF40，If=25A，Urm=400V。

整流桥输出端所并接的电容作用滤除整流后的电压纹波，并在负载变化时保持电压平稳。另外，当脉宽调速系统的电动机减速或停车时，贮存在电动机和负载转动部分的动能将由电容器吸收，所以所用的电容较大，这里选用4000uf，电压按大于2倍电压选择。

2、传感器以及测速发电机的选用

由于题目要求需要对电流进行采样，故此这里我们选用霍尔电流传感器HNC-025A，HNC-025A传感器所能测量的额定电流为5A、6A、8A、12A、25A，当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS*NS=IP*NP。在外环中，我们需要有速度的反馈，这里我们选用永磁式ZYS231/110型作为测速机。

3、驱动电路选用

驱动电路的作用是将控制电路输出的PWM信号放大至足