直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計電氣與控制工程已知參數(shù)：某轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的已知參數(shù)為：（1）電動機參數(shù)：，,，；（2）功率放大器：放大倍數(shù)，；（3）其它參數(shù)：電樞回路總電感,最大允許電流，ASR和ACR的輸出限幅值均為,最大轉(zhuǎn)速給定電壓,電流反饋濾波時間常數(shù)為，轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)為。設(shè)計指標(biāo)：電流超調(diào)量,轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量,過度過程時間。1、 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計（一）參數(shù)計算（1） 確定時間常數(shù) 電流濾波時間常數(shù) 電流環(huán)小時間常數(shù)之和 電磁時間常數(shù) （2） 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，采用PI型電

2、流調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)形式如： （3） 計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：電流環(huán)開環(huán)增益：要求，按表3-1，應(yīng)取，因此電流反饋系數(shù)為于是，ACR的比例系數(shù)為 電流調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 （4） 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：1） 校驗晶閘管整流裝置換地函數(shù)的近似條件滿足近似條件2） 校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件滿足近似條件（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)運算放大器的電路原理，選，各電阻和電容值計算如下按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為滿足設(shè)計要求含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器（二）仿真模型（三）仿真結(jié)果2、 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計（一）參數(shù)計算（1） 確定時間常數(shù) 轉(zhuǎn)速濾波時間

3、常數(shù) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)（2） 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為（3） 計算轉(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的超前時間常數(shù)為轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為ASR的比例系數(shù)為其中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 （4） 檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 1） 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 滿足近似條件2） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 滿足近似條件3）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器取，則 取取 ?。ǘ┓抡婺Ｐ停ㄈ┓抡娼Y(jié)果3、 系統(tǒng)硬件設(shè)計（1） 原理圖（2） 整流電路整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?。本設(shè)計采用三相橋式全

4、控整流電路，其原理圖如圖所示，陰極連接在一起的3個晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱為共陽極組。這種整流電路的輸出電壓一周期脈動6次，每次脈動的波形完全相同，故該電路為6脈動整流電路。（3） PWM變換器脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。直流電動機PWM控制系統(tǒng)分為不可逆和可逆系統(tǒng)。不可逆系統(tǒng)是指電動機只能單向旋轉(zhuǎn)；可逆系統(tǒng)是指電動機可以正反兩個方向旋轉(zhuǎn)。對于可逆系統(tǒng)，又可以分為單極性驅(qū)動和雙極性驅(qū)動兩種方式。單極性驅(qū)動是指在一個PWM周期里，作用在電樞兩端的脈沖電壓是單一極性的；雙極性驅(qū)動是指在一個

5、PWM周期里，作用在電樞兩端的脈沖電壓是正負交替的。本設(shè)計采用雙極性驅(qū)動可逆PWM變換器。如圖是H型雙極性可逆PWM變換器原理圖。它包含有4個IGBT 管和4個續(xù)流二極管。4個IGBT管分成兩組，VT1，VT4為一組；VT2，VT3為另一組。同一組的IGBT管同時導(dǎo)通或截止，不同組的IGBT管的導(dǎo)通與截止是不相同的。（4） 泵升限制電路當(dāng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動機轉(zhuǎn)速由高變低時（減速或者停車），儲存在電動機和負載轉(zhuǎn)動部分的動能將會變成電能，并通過雙極式可逆 PWM 變換器回送給直流電源。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回送電能，電機制動時只好給濾波電容充電，從而使電容兩端電壓升高，稱作“泵升電

6、壓”。過高的泵升電壓會損壞元器件，所以必須采取預(yù)防措施，防止過高的泵升電壓出現(xiàn)?？梢圆捎糜煞至麟娮鑂和開關(guān)元件（電力電子器件）VT組成的泵升電壓限制電路，如圖所示。當(dāng)濾波電容器C兩端的電壓超過規(guī)定的泵升電壓允許數(shù)值時，VT導(dǎo)通，將回饋能量的一部分消耗在分流電阻R上。在本設(shè)計中泵升電路電解電容選取C=2200F；電壓U=450V；VT選取IRGPC50U 型號的IGBT管；電阻選取R=20。（5） 按鍵電路獨立式按鍵電路如圖所示，這種獨立式按鍵電路所需器件比較少、軟件編程結(jié)構(gòu)比較簡單，在此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻的接入保證了冷按鍵斷開時，I/O口線上有確定的高電平。通過軟件編程

7、實現(xiàn)如下功能：當(dāng)按下1鍵時，電動機啟動；當(dāng)按下2鍵時，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下3鍵時，電動機反轉(zhuǎn)；當(dāng)按下4鍵時，電動機停止；當(dāng)按下5鍵時，電動機加速；當(dāng)按下6鍵時，電動機減速。四、直流調(diào)速原理 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu) 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、三相集成觸發(fā)器、三相全控橋、直流電動機及轉(zhuǎn)速、電流檢測裝置組成。兩個調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出達到限幅值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信

8、號使調(diào)節(jié)器退保和。 為了實現(xiàn)電流的實時控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不要進入飽和狀態(tài)。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速, 故把轉(zhuǎn)速負反饋組成的環(huán)作為外環(huán), 以保證電動機的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓, 把由電流負反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán), 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(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器UPE，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動脈沖的相位，即可改變平均整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。4、 系統(tǒng)軟件設(shè)計開始（1） 主程序系統(tǒng)初始化有按鍵按下嗎？數(shù)據(jù)通信刷新顯示按鍵處理（2） 子程序的初始化設(shè)計返回初始化子程序框圖（3） 中斷服務(wù)子程序設(shè)計 中斷服務(wù)子程序包括故障檢測、PWM生成、狀態(tài)檢測和數(shù)字PI調(diào)節(jié)等，這些都是實時性比較強的功能。當(dāng)相應(yīng)的中斷源提出申請，CPU就可以實時響應(yīng)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序框圖如圖4-3所示。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序中，首先應(yīng)保護現(xiàn)場，然后再由輸入量計算實際的轉(zhuǎn)速，完成轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)，最后進行轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)，