PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 期中作業(yè) 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)專業(yè)：自動(dòng)化 班級(jí)：1102班 姓名：魚 輪 學(xué)號(hào)： 日期：2014年05月27日設(shè)計(jì)題目：轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)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變換電路供電。(1) 直流電動(dòng)機(jī):Unom = 220V, Inom = 136A, nnom = 1460r/min,電樞電阻Ra=0.2,允許過載倍數(shù)= 1.5;(2) 電樞回路總電阻:R= 0.5;(3) 電樞回路總電感:L= 10mH;(4) 電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪力矩:GD2= 22.5Nm2;設(shè)計(jì)要求:電流超調(diào)量i5%,轉(zhuǎn)速無靜差;空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)

2、量n10%. 目錄一、引言4二、整體設(shè)計(jì)思路4三、系統(tǒng)構(gòu)成和原理4 四、各電路設(shè)計(jì)模塊5 1.PWM主電路設(shè)計(jì)-橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 5 2.控制電路-基于SG3525為核心構(gòu)成的控制電路的設(shè)計(jì) 7 3.電流環(huán)的設(shè)計(jì) 9 4.轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) 12 5.給定的設(shè)計(jì) 15 6.直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 15 7.電動(dòng)機(jī)電源設(shè)計(jì) 16 8.轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 16 9.電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 16 10.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 17 11.保護(hù)電路設(shè)計(jì) 175、 仿真結(jié)果截屏顯示 18六、參考文獻(xiàn)21七.電氣原理圖21八.設(shè)計(jì)心得總結(jié) 22一、引言 在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔谩?/p>

3、直流電機(jī)是最常見的一種電機(jī)，在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。研究直流電機(jī)的控制和測(cè)量方法，對(duì)提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。電機(jī)調(diào)速問題一直是自動(dòng)化領(lǐng)域比較重要的問題之一。不同領(lǐng)域?qū)τ陔姍C(jī)的調(diào)速性能有著不同的要求，因此，不同的調(diào)速方法有著不同的應(yīng)用場(chǎng)合。 通過對(duì)于理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)深刻的體會(huì)到閉環(huán)控制系統(tǒng)要優(yōu)于開環(huán)控制系統(tǒng)，然而更深入的學(xué)習(xí)我們又了解到電流-轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是靜、動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)，其性能受到各個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注。那么，如何通過MATLAB仿真模擬，了解工作性能以及如何設(shè)計(jì)出滿足要求的調(diào)速系統(tǒng)，就是我們重點(diǎn)要掌握的一項(xiàng)技能。二、整體設(shè)計(jì)思路

4、 首先，從宏觀上考慮到的就是將一個(gè)系統(tǒng)分成各個(gè)部分來設(shè)計(jì)，大體包含主電路部分，控制電路部分，反饋電路部分，保護(hù)電路部分等設(shè)計(jì)等大體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。每個(gè)環(huán)節(jié)又有各自詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路，將會(huì)在各部分設(shè)計(jì)中體現(xiàn)。交流電源主變壓器副變壓器主電路控制電路電機(jī)執(zhí)行方式控制器件電路保護(hù)三、系統(tǒng)構(gòu)成和原理 直流雙極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)的組成見圖1。圖中可逆PWM變換器主電路系采用MOSFET所構(gòu)成的H型結(jié)構(gòu)形式，它由四個(gè)功率MOSFET管和四個(gè)續(xù)流二極管組成的雙極式PWM可逆變換器，根據(jù)脈沖占空比的不同，在直流電機(jī)上可得到+或-的直流電壓。PWM變換器的作用是：用PWM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

5、度可變的脈沖電壓系列，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。TG是與直流電動(dòng)機(jī)連動(dòng)的測(cè)速發(fā)電機(jī)，經(jīng)過速度變換器FBS后可獲得一反映轉(zhuǎn)速變化的速度反饋信號(hào)，此信號(hào)接入速度調(diào)節(jié)器ASR的反饋輸入端，G為電壓給定器，可提供正、負(fù)電壓，電壓大小可以調(diào)節(jié)。SG3525為脈寬調(diào)制器。R1、C1、VD1、R2、C2、VD2構(gòu)成邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)。二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?，正常情況下，交流輸入為380V，經(jīng)過整流后變?yōu)?20V直流電，電阻R1為起動(dòng)限流電阻,在VT1和VT4的源極回路中，串接兩個(gè)取樣電阻，其上的電壓分別反映流過VT2、VT4的電流,經(jīng)過差分放大輸出一反映電流大小的電壓，可作為雙

6、閉環(huán)系統(tǒng)的電流反饋信號(hào)，接到電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入端?；芈分械碾娮鑂2有兩個(gè)作用。第一，可以用來觀察波形,其上的電壓波形反映了主回路的電流波形。第二，作為過流保護(hù)用。當(dāng)R2的電壓超過整定值后，過流保護(hù)電路動(dòng)作，關(guān)閉脈沖，從而保護(hù)功率MOSFET管。 整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)，從電網(wǎng)引入380V的電壓，一路經(jīng)電流檢測(cè)電路，獲取與主電路電流成比例的電流信號(hào)，經(jīng)過濾波整流后，作為電流反饋信號(hào)輸出至電流反饋端；另一路經(jīng)整流為220V的電壓為電動(dòng)機(jī)提供電源，220V的電壓經(jīng)過橋式整流為直流電源。系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，通過與電動(dòng)機(jī)同軸相連的測(cè)速電動(dòng)機(jī)測(cè)出轉(zhuǎn)速，輸送轉(zhuǎn)速負(fù)反饋信號(hào)與給定比較，電流環(huán)中電流通過電流檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)電流信

7、號(hào)的反饋。4、 各電路設(shè)計(jì)模塊1、PWM主電路設(shè)計(jì)-橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 1.1按電路能否始終保持電流連續(xù)分為受限式和非受限式兩種，而按輸出電壓極性是否單一又分為單極性和雙極性兩種類型。圖1中裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖采用的是H型變換器。采用恰當(dāng)?shù)目刂品绞娇勺屍涔ぷ饔陔p極性非受限式的狀態(tài)下。功率開關(guān)管VT1和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動(dòng)電壓Ug1=Ug4；VT2和VT3同時(shí)動(dòng)作，其驅(qū)動(dòng)電壓Ug2=Ug3=-Ug1。經(jīng)分析易知，不論電流路徑如何，只要VT1和VT4上加的是正向的控制信號(hào)，電機(jī)電樞兩端電壓UAB=Us（Us指電容兩端電壓），只要VT2和VT3兩端加的是正向的控制信號(hào)，電機(jī)電樞兩端電壓UAB

8、=-Us。設(shè)VT1開關(guān)周期為T，一個(gè)周期內(nèi)VT1上所加正向控制信號(hào)的時(shí)間是ton，則電機(jī)電樞的平均電壓為：，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)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)力潤滑”的作用，消除正、負(fù)反向時(shí)的靜磨擦死區(qū)，使電機(jī)低速時(shí)有較好的動(dòng)靜態(tài)特性。電樞

9、電壓極性在每個(gè)周期內(nèi)都是變化的，但是開關(guān)管的頻率做得很高，電機(jī)運(yùn)行時(shí)由于慣性其轉(zhuǎn)速瞬間不會(huì)變化，再加上電樞電感對(duì)電流有濾波作用，所以電機(jī)轉(zhuǎn)速可以認(rèn)為是穩(wěn)定的。但是這里的穩(wěn)態(tài)，指的是電機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，電樞電流實(shí)際上是周期變化的，只能算是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。脈寬調(diào)速系統(tǒng)在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下的機(jī)械特性是其平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩（電流）的關(guān)系。由圖可知：PWM變換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。由于電容容量較大，突加電源時(shí)相當(dāng)于短路，勢(shì)必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管，為了限制充電電流，在整流器和濾波電容之間傳入電阻Rz，合上電源后，用延時(shí)

10、開關(guān)將Rz短路，以免在運(yùn)行中造成附加損耗。1.2元器件選擇 選取晶閘管作為三相橋式全控整流開關(guān)器件。材料的選?。涸谶x取晶閘管時(shí)，對(duì)于額定參數(shù)是要求很高的。晶閘管的額定電壓是指斷態(tài)重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓的較小值。考慮到電源電壓的波動(dòng)及過電壓保護(hù)等因素，選用時(shí)額定電壓為承受峰值電壓的23倍。即：UTN=（23）UTM 其中UTN為晶閘管的額定電壓，UTM為晶閘管實(shí)際所承受的峰值電壓，（2-3） 為安全裕量。1.2.1. 晶閘管的額定電流的選擇晶閘管的額定電流是按電流的平均值標(biāo)定的，元件的電流有效值定額是其通態(tài)平均電流值的1.57倍。 I= 1.57 ITa （1-2）ITa為通態(tài)平均電流值

11、。而ITa為 ITa = （1.5-2）IVT/1.57 (1-3)其中IVT為晶閘管實(shí)際通過電流的有效值。在主電路中使用變壓器將交流380V降為24V,經(jīng)過計(jì)算UTN為134V，I為20A.所以晶閘管我們選擇為KP20-2E.1.2.2二極管的選擇D1-D6我們選擇IN5822，圖中從電網(wǎng)到D1-D6所組成的整流電路中需要一個(gè)電流互感器。IN5822的參數(shù)為：VRRM = 40V; VRMS = 28V; IFMS = 80A; IO = 3A2、 控制電路-基于SG5255為核心構(gòu)成的控制電路的設(shè)計(jì)（1）SG3525芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 SG3525 是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)

12、的單片集成PWM控制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動(dòng)為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動(dòng)能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)控制電路、PWM鎖存器，有過流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時(shí)能限制最大占空比。 SG3525采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案,適合于各種開關(guān)電源,斬波器的控制。其內(nèi)部包含精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器等,并含有欠壓鎖定電路,閉鎖控制電路和軟起動(dòng)電路。采用集成芯片產(chǎn)生PWM信號(hào)進(jìn)行控制具有線路較為簡單，易于控制，無需編程等特點(diǎn)，是目前PWM常用的方法。美國硅通公司的SG3525A是性能優(yōu)良，功能齊全，通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。原理如下：基準(zhǔn)電壓部分對(duì)內(nèi)部供電，對(duì)外

13、作為基準(zhǔn)參考電壓；振蕩器產(chǎn)生近似的鋸齒波，鋸齒波的頻率由和振蕩器相連接的外接的電阻電容決定，同時(shí)對(duì)應(yīng)于鋸齒波的下降沿產(chǎn)生一時(shí)鐘脈沖CP；在時(shí)鐘脈沖CP的作用下，分相器（T觸發(fā)器）的兩輸出端產(chǎn)生兩相位相反的方波信號(hào)，其頻率是鋸齒波頻率的一半；誤差放大器是差動(dòng)輸入放大器，同相輸入端端2接給定電壓，閉環(huán)控制制時(shí)反向輸入端1接反饋電壓，端9和端1之間接入適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)構(gòu)成調(diào)節(jié)器可滿足系統(tǒng)動(dòng)靜特性的要求；外加于端9的信號(hào)和誤差放大器的輸出疊加于比較器的一反向輸入端，比較器的同相輸入端加振蕩器產(chǎn)生的鋸波信號(hào)，這樣比較器的輸出端產(chǎn)生PWM信號(hào)，改變外加于端9的信號(hào)或來自于端2的反饋信號(hào)或端1的給定信號(hào)均可改

14、變PWM信號(hào)的占空比；內(nèi)部PWM鎖存器可以使關(guān)閉更可靠；兩個(gè)輸出級(jí)結(jié)構(gòu)是一樣的，門電路輸出上側(cè)為或非門，下側(cè)為或門，門電路的輸入A端，C端和D端所加的信號(hào)是一樣的，分別是欠壓鎖定輸出，時(shí)鐘脈沖CP和來自鎖存器的PWM信號(hào)，分相器的兩輸出端分別加到兩輸出級(jí)的門電路B端，由于分相器輸出兩相位相反的方波，所以芯片兩對(duì)外輸出端輸出的是兩波形一樣而相位相差180的PWM信號(hào)，而且頻率是比較器產(chǎn)生的PWM信號(hào)的一半。另外此芯片還帶有閉鎖控制，軟起動(dòng)，欠壓鎖定功能。本裝置結(jié)構(gòu)圖中SG3525A的5、6、7管腳接上恰當(dāng)?shù)墓潭ù笮〉碾娮桦娙?，以決定最終輸出的PWM信號(hào)的頻率。管腳9開環(huán)時(shí)加給定信號(hào)，閉環(huán)時(shí)加AC

15、R（或ASR）的輸出，9端所加電壓的大小決定PWM的占空比。定頻調(diào)寬控制方式。13端作為PWM信號(hào)的輸出端。（2） 邏輯延時(shí)環(huán)節(jié) 主電路功率開關(guān)管的控制所需要信號(hào)是對(duì)角上兩管控制信號(hào)相同，而同一橋臂上的控制信號(hào)相反。這樣主電路需要兩路互為反向的控制信號(hào)。SG3525的13端的輸出信號(hào)作為一路信號(hào)，其經(jīng)過一反向器后作為另一路信號(hào)即可滿足所需。雖然目前的工藝水平可以使電力電子半導(dǎo)體開關(guān)器件開關(guān)頻率做得很高，但其導(dǎo)通和關(guān)斷仍會(huì)占用一極短的時(shí)間，控制信號(hào)消失的瞬間并不意味著功率開關(guān)管就真正關(guān)斷。假如一功率開關(guān)管的控制信號(hào)剛消失的同時(shí)給同一橋臂另一功率開關(guān)管加控制信號(hào)很可能造成同一橋臂的兩管子同時(shí)導(dǎo)通而

16、形成對(duì)電源短路。為了避免這種情況發(fā)生，設(shè)置了邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)。邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)的二極管使低電平信號(hào)或說負(fù)信號(hào)照樣通過R和C延遲高電平信號(hào)向后傳送的時(shí)間。這樣就可以保證一功率開關(guān)管可靠關(guān)斷后再給與其同一橋臂上的功率開關(guān)管加高電平信號(hào)，避免其同時(shí)導(dǎo)通。電路連接圖見圖5所示。3、電流環(huán)的設(shè)計(jì) 在本次設(shè)計(jì)中，采用電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)構(gòu)成的反饋，使電流環(huán)(ACR)作為控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)作為控制系統(tǒng)的外環(huán)，以此來提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。二者串級(jí)連接，即把轉(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)器的輸出去控制電力電子變換裝置UPE。從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過電流和轉(zhuǎn)速反饋電路來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無靜

17、差的運(yùn)行。 框圖如下所示3.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì) 電流調(diào)節(jié)器的作用是：對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。啟動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流（過大的起動(dòng)電流、過載電流）。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中，使電流跟隨其給定電壓變化。當(dāng)電機(jī)過載甚至處于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護(hù)作用。如果故障消失，系統(tǒng)能過自動(dòng)恢復(fù)正常。 選擇pwm開關(guān)頻率為8khz，Ks=44 選用15V電路供電，則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.01Vmin/r; 電流反饋系數(shù):3.1.1. 確定時(shí)間常數(shù)（1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) T平均失控時(shí)間 電磁時(shí)間常數(shù)：=0.01/0.5=0.02s 機(jī)電時(shí)間常數(shù)：s（2）電流濾波時(shí)間常數(shù)。（3）電流環(huán)小時(shí)間常

18、數(shù)之和 按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 3.1.2. 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型 I 型系統(tǒng)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，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器。而且其傳遞函數(shù)為 3.1.3 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： 電流環(huán)開環(huán)增益：要求時(shí)，應(yīng)取 ，因此 于是，ACR的比例系數(shù)為 3.1.4. 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率（1）校驗(yàn)pwm裝置傳遞函數(shù)的近似條件: 現(xiàn)在，,滿足近似條件。（2）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： 現(xiàn)在，, 滿足近似條件。（3）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件: 現(xiàn)在， 滿足近似條件。3.1.5. 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電

19、容所用運(yùn)算放大器取 Ro = 40k,各電阻和電容值計(jì)算如下， 取, 取0.513F, 取0.2F按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：,滿足設(shè)計(jì)要求。 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)。為了平衡反饋信號(hào)的延遲，在給定通道上加入同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時(shí)間上配合恰當(dāng)。 如下圖3.1.6所示含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器其中為電流給定電壓，為電流負(fù)反饋電壓，為電力電子變換器的控制電壓.4.轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：能有效地消除轉(zhuǎn)速偏差，保持轉(zhuǎn)速恒定

20、；當(dāng)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)較大偏差時(shí)，它能迅速達(dá)到最大輸出電壓，輸送給電流調(diào)節(jié)器，使電流迅速上升，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。轉(zhuǎn)速反饋電路如圖4.1所示，由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，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)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入相同時(shí)間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。 圖4.1 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器4.1.1確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù),取，則 =（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間本常數(shù) 根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 4.1.2. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 由于設(shè)計(jì)要求無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求，應(yīng)按

21、典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 =4.1.3.計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益于是，ASR的比例系數(shù)為4.1.4檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為： 現(xiàn)在，滿足簡化條件。（2） 小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 現(xiàn)在，滿足簡化條件。4.1.5.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容取，則，取 ，取，取4.1.6.校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng)h=5時(shí)，；而因此 能滿足設(shè)計(jì)要求。5、給定的設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)的整過實(shí)現(xiàn)過程中，需要一個(gè)穩(wěn)定的給定電壓。通常轉(zhuǎn)速給定電路由滑動(dòng)變阻器構(gòu)成，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器即可獲得相應(yīng)大小的給定信號(hào)。轉(zhuǎn)速給

22、定電路可以產(chǎn)生幅值可調(diào)和極性可變的階躍給定電壓或可平滑調(diào)節(jié)的給定電壓。 圖5.1：轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)給定電壓電路圖6、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 給定中電壓為直流穩(wěn)壓電源，其主要由整流電路和濾波電路組成。整流電路利用了二極管的單向?qū)ㄗ饔眠M(jìn)行整流工作。整流方式多樣，但考慮到橋式整流電路輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低，整流效率高，因此采用橋式整流電路進(jìn)行整流。 圖6.1： 15V電源電路原理圖在上述電源的設(shè)計(jì)中主要采用7815,7915元件。7815為三端正穩(wěn)壓器電路, 而7915為三端負(fù)穩(wěn)壓器電路。都為TO-220F封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流、過熱和

23、過載保護(hù)電路。由于一般的雙電源（正負(fù)對(duì)稱電源）都沒有連續(xù)可調(diào)的功能，給使用帶來一定程度上的不便。所以在此用一塊7815和一塊7915三端穩(wěn)壓器對(duì)稱連接，來獲得一組正負(fù)對(duì)稱的正負(fù)15V穩(wěn)壓電源。 7、電動(dòng)機(jī)電源設(shè)計(jì) 為了給電動(dòng)機(jī)供電，采用三相橋式全控整流電路。圖7.1 電動(dòng)機(jī)電源電路原理圖8.轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速反饋電路由測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)速變換器反饋相應(yīng)電壓信號(hào)，然后將電壓信號(hào)反饋回轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。轉(zhuǎn)速變換FBS用于在轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，反映轉(zhuǎn)速變化并把與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào),變換成適用于控制單元的電壓信號(hào)。電路圖如圖8所示。 9.電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)電流反饋電路主要是采用霍爾，霍爾元件

24、具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無活動(dòng)部件，便于與測(cè)量電路一起作為霍爾傳感器。具體測(cè)量電路如見圖7所示，圖中控制電流有VCC提供，可以是直流也可以是交流電源，電位器R1是用來調(diào)節(jié)控制電流I的大小，R4是霍爾輸出電壓的負(fù)載電阻，通常是放大電路的輸入電阻?；魻栯妷阂话銥楹练鼣?shù)量級(jí)，因而后面需要接差動(dòng)放大器，霍爾電壓為線性量，因而該電路設(shè)計(jì)為線性型。 10.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 本脈寬調(diào)速裝置中主電路是強(qiáng)電，控制電路屬弱電?？刂齐娐穼?duì)主電路進(jìn)行控制時(shí)就需要隔離環(huán)節(jié)。SG3525A產(chǎn)生的PWM信號(hào)較小，不能直接驅(qū)動(dòng)大功率的開關(guān)管。所以要加上驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。本裝置功率開關(guān)器件用的是MOSFET，可以選擇用專用的集成驅(qū)動(dòng)芯片。

25、IR2110是美國IR公司生產(chǎn)的高壓、高速PMOSFET和IGBT的理想驅(qū)動(dòng)器。它兼有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種。該芯片采用HVIC和閂鎖抗干擾制造工藝，集成DIP、SOIC封裝。IR2110具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道：懸浮通道電源采用自舉電路，其電壓最高可達(dá)500V；功率器件柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍10V20V；輸出電流峰值為2A;邏輯電源范圍5V20V，而且邏輯電源地和功率地之間允許+5V的偏移量；帶有下拉電阻的COMS施密特輸入端，可以方便地與LSTTL和CMOS電平匹配；獨(dú)立的低端和高端輸入通道，具有欠電壓同時(shí)鎖定兩通道功能;兩通道的

26、匹配延時(shí)為10ns；開關(guān)通斷延時(shí)小，分別為120ns和90ns；工作頻率達(dá)500kHz。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括邏輯輸入，電平轉(zhuǎn)換及輸出保護(hù)等。 11.保護(hù)電路設(shè)計(jì)A.過電壓保護(hù)閘管的過電壓保護(hù)：晶閘管的過電壓能力比一般的電器元件差，當(dāng)它承受超過反向擊穿電壓時(shí)，也會(huì)被反向擊穿而損壞。如果正向超過管子的正向轉(zhuǎn)折電壓，會(huì)造成晶閘管硬開通，不使電路可能出現(xiàn)過電壓，常采用簡單有效的過電壓保護(hù)措施，如在電路中接入吸收能量的原件，使能量得以消散，或采用電子線路進(jìn)行保護(hù)，以及在回路中接入快速熔斷器等。 B.過電流保護(hù)晶閘管的過電流保護(hù):在整流中造成晶閘管過電流的主要原因是：電網(wǎng)電壓波動(dòng)太大負(fù)載超過允許值，電路中管

27、子誤導(dǎo)通以及管子擊穿短路等。所以我們要設(shè)置保護(hù)，以避免損害管子。 常見的過電流保護(hù)有：快速熔斷器保護(hù)，過電流繼電器保護(hù)，限流與脈沖移相保護(hù)，直流速開關(guān)過電流保護(hù)。 快速熔斷器保護(hù)是最有效，使用最廣泛的一種措施。橋臂串快熔，這是一種最直接可靠的保護(hù)；交流側(cè)快熔，直流側(cè)快熔，這兩種保護(hù)接法雖然簡單，但保護(hù)效果不好。 過電流繼電器保護(hù)中過電流繼電器開關(guān)時(shí)間長（約幾百毫秒）只有在短路電流不大時(shí)才有用。限流與脈沖移相保護(hù)電路保護(hù)比較復(fù)雜。直流快速開關(guān)過電流保護(hù)功能好，但造價(jià)高，體積大，不宜采用。 因此，最佳方案是選用快速熔斷器保護(hù)，并采用橋串快熔接法。 五、仿真結(jié)果截屏顯示1.電流環(huán)在simulink下的框圖： 2.電流環(huán)對(duì)應(yīng)仿真波形由圖可看出在KT=0.5時(shí)，基本無超調(diào)。3. 轉(zhuǎn)速環(huán)在simulink下的框圖4. 轉(zhuǎn)速環(huán)對(duì)應(yīng)波形 由仿真圖可看出，超調(diào)量在設(shè)計(jì)參數(shù)內(nèi)，基本符合設(shè)計(jì)要求。雙閉環(huán)的實(shí)現(xiàn)： 從仿真得到的結(jié)果中可以看到，采用PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)是可行的，而且符合設(shè)計(jì)要求。由此