電機(jī)調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)報(bào)告

1、目 錄一、電機(jī)參數(shù)及其指標(biāo)21、電機(jī)選擇22、指標(biāo)2二、參數(shù)計(jì)算21、電流調(diào)節(jié)器計(jì)算2（1）確定時(shí)間常數(shù)2（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)3（3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)3（4）校驗(yàn)近似條件3（5）ACR傳遞函數(shù)42、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器計(jì)算4（1）確定時(shí)間常數(shù)4（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)4（3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)4（4）檢驗(yàn)近似條件5（5）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量5（6）ASR傳遞函數(shù)5三、硬件設(shè)計(jì)6四、仿真分析101、 ACR的模型圖及仿真圖102、ACR的模型圖及仿真圖12五、軟件設(shè)計(jì)14六、個(gè)人小結(jié)16一、電機(jī)參數(shù)及其指標(biāo)1、 電機(jī)選擇直流脈寬調(diào)制電源供電電動(dòng)機(jī)：UN=220V，IN=60A，nN=1000r/min，C

2、e=0.208Vmin/r，=1.5電樞回路總電阻：R=0.2;電力電子放大系數(shù)：Ks=22,f1kHz時(shí)間常數(shù)：Tl=0.012s, Tm=0.12s電流反饋：=0.111VA; Toi=0.0025s; 轉(zhuǎn)速反饋：=0.01V·min/r; Ton=0.0141s;2、指標(biāo)系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：無(wú)靜差；電流超調(diào)量：i%5%；轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%5%二、參數(shù)計(jì)算1、電流調(diào)節(jié)器計(jì)算（1）確定時(shí)間常數(shù)1） 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts=1fs=11000=0.001s2） 電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.0025s3） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 Ti=Ts+Toi=0.001+0.025=0.0035s

3、（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求i%5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流誤差，可按典型型系統(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，其傳函為：WACRs=Kiis+1is檢查對(duì)電源的電壓的抗擾性能：TlTi0.0120.00353.43，指標(biāo)可以接受。（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)：i=Tl=0.012s電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求i%5%時(shí)，取KITi=0.5，因此KI=0.5Ti=0.50.0035142.3s-1于是，ACR的比例系數(shù)為：Ki=KIiRKs=142.3×0.012×0.222×0.1110.14（4）校驗(yàn)近似條件電流

4、環(huán)截止頻率： ci=KI=142.3s-11） 校驗(yàn)整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件13Ts=13×0.001=333.3s-1>ci 滿足近似條件2） 校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)影響的條件131TmTl=1310.12×0.0128.78<ci 滿足近似條件3） 校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似近似處理?xiàng)l件131TsToi=1310.001×0.0025=210.67>ci 滿足近似條件按照上述參數(shù)，電流環(huán)可達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為i%=4.3%<5% 滿足設(shè)計(jì)要求（5）ACR傳遞函數(shù)通過(guò)上述計(jì)算，得：WACRs=0.140.012s+10.012s

5、2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器計(jì)算（1）確定時(shí)間常數(shù)1） 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 1KI=2Ti=2×0.0035s=0.007s2） 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.0141s3） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)Tn=1KI+Ton=0.007+0.0141=0.0211s（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為WASRs=Knns+1ns（3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為n=hTn=5×0.0211=0.1055s轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益KN=h+12h2Tn2=62×52×0.02112=269.5s-2可求得ASR的

6、比例系數(shù)為Kn=(h+1)CeTm2hRTn=6×0.111×0.208×0.122×5×0.01×0.2×0.0211=39.392（4）檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為cn=KN1=KNn=269.5×0.1055=28.4s-11) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件13KITi=13142.30.0035=67.2s-1>cn 滿足簡(jiǎn)化條件2) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件13KITon=13142.30.0141=33.5s-1>cn 滿足簡(jiǎn)化條件（5）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量按退飽和的情況計(jì)算超調(diào)量：由于h=5時(shí)，C

7、maxCb=81.2%，理想空載啟動(dòng)時(shí)z=0，可得：n=CmaxCbnbn*=2CmaxCb-znNn*TnTm =2×81.2%×1.5×60×0.20.2081000×0.02110.12=2.47%<15%滿足條件。（6）ASR傳遞函數(shù)通過(guò)上述計(jì)算，得：WASRs=39.3920.1055s+10.1055s三、硬件設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路中的UPE用的是直流PWM功率變換器，結(jié)構(gòu)圖如下：1) 主回路三相交流電源經(jīng)不可控整流變換為電壓恒定的直流電源，再經(jīng)過(guò)直流PWM變換器得到可調(diào)的直流電壓，給直流電

8、動(dòng)機(jī)供電。2) 檢測(cè)回路檢測(cè)回路包括電壓、電流、溫度和轉(zhuǎn)速檢測(cè)，其中電壓、電流和溫度檢測(cè)由A/D轉(zhuǎn)換通道變?yōu)閿?shù)字量送入微機(jī)，轉(zhuǎn)速檢測(cè)用數(shù)字測(cè)速。3) 故障綜合對(duì)電壓、電流、溫度等信號(hào)進(jìn)行分析比較，若發(fā)生故障立即通知微機(jī)，以便及時(shí)處理，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。4) 數(shù)字控制器數(shù)字控制器是系統(tǒng)的核心，選用專為Intel 8X196MC系列單片微機(jī)。這種微機(jī)芯片本身都帶有A/D轉(zhuǎn)換器、通用I/O和通用接口，還帶有一般微機(jī)并不具備的故障保護(hù)、數(shù)字測(cè)速和PWM生成功能，可簡(jiǎn)化數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件電路。（2）電路原理圖設(shè)計(jì)1) 整流電路設(shè)計(jì)常用的橋式電路：整流二極管所承受的正反向電壓最大值為三相交流電網(wǎng)線電壓的

9、峰值，即為。實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中需要考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及各類浪涌電壓的影響，因此需要留有一定的安全裕量，一般取為此峰值電壓的23倍，所以整流二極管的正反向額定電壓為：UDn=23U1=23×2×3801074.81612.2V通過(guò)二極管的峰值電流及電機(jī)最大負(fù)載時(shí)的峰值電流，為電機(jī)額定電流的5-6倍，取Im=300A，則 Id=13Im=173.2A二極管的電流有效值為IVD=13Id=100A，其最大峰值為IVDm=2IVD=141.4A考慮一定的安全裕量可以求得整流二極管的額定正向平均電流為： IDn=1.52IVDm=1.52×141.4=212.1282.8A 可

10、選用型號(hào)為6MBI300U4-120的IGBT，其參數(shù)為：Ic=300A，電壓為1200V。（3）AD轉(zhuǎn)換模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路原理圖如下：（4）顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路原理圖如下：（5）鍵盤電路原理圖（6）電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)N型霍爾元件的 ,P型霍爾元件的 兩式中，n為電子密度；p為空穴密度；e為電子電量；d為元件厚度，單位為m。令 或，則，RH稱為霍爾系數(shù)，其值反映霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。設(shè)，則 ,KH稱為霍爾元件靈敏度，它表示在單位電流單位磁場(chǎng)作用下，開(kāi)路的霍爾電勢(shì)輸出值。（7）轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用75CYB0型永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)。當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)工作時(shí)，在某一瞬間其輸出電壓跟角速度成正比

11、，而極性有旋轉(zhuǎn)方向確定。（8）電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)采用隔離電路可將單片微機(jī)與被控對(duì)象隔離開(kāi)，以防止來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的干擾或強(qiáng)電侵入。數(shù)字信號(hào)比模擬信號(hào)的隔離易于實(shí)現(xiàn)，所以輸出通道中大部分采用數(shù)字隔離。 普通光電耦合器以發(fā)光二極管為輸入端，光敏三極管為輸出端。光電耦合器絕緣電阻可達(dá)1010以上，并能承受1500V以上的高電壓。被隔離的兩端可以不共地自成系統(tǒng)，避免輸出端對(duì)輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾。另外，以發(fā)光二極管作為發(fā)光源，其動(dòng)態(tài)電阻很小，可以抑制系統(tǒng)內(nèi)外的噪聲干擾。光電耦合器的發(fā)光二極管正常發(fā)光電流為毫安級(jí)，為滿足電流要求，長(zhǎng)采用限流電阻的開(kāi)關(guān)輸入控制。輸出也分為集電極輸出和發(fā)射極輸出等形式。四、仿真分

12、析1、 ACR的模型圖及仿真圖1) 模型圖：2) step給定值為10，取KT=0.5的關(guān)系式，得到下圖:根據(jù)波形圖可得：調(diào)節(jié)時(shí)間為：Ts=0.035s超調(diào)量:%=4.9%上升時(shí)間： Td=0.014s峰值時(shí)間：Tp=0.018s因此，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。3) step給定值為10，取KT=1.0的關(guān)系式，得到下圖:可以看出：Ts=0.035s，%=27%，Td=0.007s，Tp=0.013s4) step給定值為10，取KT=0.25的關(guān)系式，得到下圖:通過(guò)波形可得：Ts=0.04s，無(wú)超調(diào)。2、 ACR的模型圖及仿真圖1) 模型圖：2) 轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速啟動(dòng)波形圖：通過(guò)圖形可以看出：在1.7s左

13、右的轉(zhuǎn)速區(qū)域穩(wěn)定，得到額定轉(zhuǎn)速。3) 轉(zhuǎn)速環(huán)負(fù)載啟動(dòng)波形圖：在time=3處給定干擾step=100如圖所示，當(dāng)時(shí)間到1.7s左右時(shí)各項(xiàng)參數(shù)開(kāi)始穩(wěn)定，在3s出給定一個(gè)step=100的干擾信號(hào)，轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，電流有所上升，到3.25s時(shí)開(kāi)始趨近穩(wěn)定。五、軟件設(shè)計(jì)（1）主程序流程圖 （2）數(shù)字PI子程序流程圖開(kāi)始啟動(dòng)調(diào)用A/D調(diào)用顯示子程序速度正常調(diào)用按鍵子程序調(diào)用PID子程序PWM啟動(dòng)輸出PWM調(diào)速停機(jī)開(kāi)始參數(shù)初始化采集參數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)的偏差值計(jì)算控制器的輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出參數(shù)更新結(jié)束超出范圍報(bào)警YN （3）數(shù)字濾波子程序流程圖 （4）鍵盤輸入子程序 將已有輸出視在為上次輸出進(jìn)行一次新的采樣得Xn計(jì)算a*Xn暫存于Yn中計(jì)算(1-a)Yn-1累加到Y(jié)n中返回 開(kāi)始保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)FIFO中有數(shù)據(jù)嗎？讀FIFO命令 8279讀FIFO計(jì)算鍵號(hào) 緩沖器恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回 （5）8279初始化子程序框圖 （6）顯示更新子程序框圖開(kāi)始清除命令 8279讀8279狀態(tài)字DU=1？允許8279中斷方式命令 8279時(shí)鐘編程命令 8279返回 開(kāi)