直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)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(shí)間常數(shù)為，轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)為。設(shè)計(jì)指標(biāo)：電流超調(diào)量,轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量,過(guò)度過(guò)程時(shí)間。1、 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)（一）參數(shù)計(jì)算（1） 確定時(shí)間常數(shù) 電流濾波時(shí)間常數(shù) 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 電磁時(shí)間常數(shù) （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(wú)差，按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用PI型電流調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)形式如

2、： （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(kāi)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(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：1） 校驗(yàn)晶閘管整流裝置換地函數(shù)的近似條件滿(mǎn)足近似條件2） 校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿(mǎn)足近似條件（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)運(yùn)算放大器的電路原理，選，各電阻和電容值計(jì)算如下按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(jì)（一）參數(shù)計(jì)算（1） 確定時(shí)間常數(shù) 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)（2

3、） 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（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)速環(huán)開(kāi)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(yàn)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(jiǎn)化條件 滿(mǎn)足近似條件2） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿(mǎn)足近似條件3）計(jì)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(jì)（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(jì)采用三相橋式全控整流電路，其原理圖如圖所

4、示，陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱(chēng)為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱(chēng)為共陽(yáng)極組。這種整流電路的輸出電壓一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形完全相同，故該電路為6脈動(dòng)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(jiǎn)稱(chēng)PWM變換器。直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)只能單向旋轉(zhuǎn)；可逆系統(tǒng)是指電動(dòng)機(jī)可以正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。對(duì)于可逆系統(tǒng)，又可以分為單極性驅(qū)動(dòng)和雙極性驅(qū)動(dòng)兩種方式。單極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè)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(dòng)是指在一個(gè)PWM周期里，作用在電樞兩

5、端的脈沖電壓是正負(fù)交替的。本設(shè)計(jì)采用雙極性驅(qū)動(dòng)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(gè)IGBT 管和4個(gè)續(xù)流二極管。4個(gè)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(shí)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由高變低時(shí)（減速或者停車(chē)），儲(chǔ)存在電動(dòng)機(jī)和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)能將會(huì)變成電能，并通過(guò)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(jī)制動(dòng)時(shí)只好給濾波電容充電，從而使電容兩端電壓升高，稱(chēng)作“泵升電壓”。過(guò)高的泵升電壓會(huì)損壞

6、元器件，所以必須采取預(yù)防措施，防止過(guò)高的泵升電壓出現(xiàn)。可以采用由分流電阻R和開(kāi)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(guò)規(guī)定的泵升電壓允許數(shù)值時(shí)，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(jì)中泵升電路電解電容選取C=2200F；電壓U=450V；VT選取IRGPC50U 型號(hào)的IGBT管；電阻選取R=20。（5） 按鍵電路獨(dú)立式按鍵電路如圖所示，這種獨(dú)立式按鍵電路所需器件比較少、軟件編程結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(kāi)時(shí)，I/O口線(xiàn)上有確定的高電平。通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)如下功能：當(dāng)按下1鍵時(shí)

7、，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)按下2鍵時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下3鍵時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)按下4鍵時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止；當(dāng)按下5鍵時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速；當(dāng)按下6鍵時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)速、電流檢測(cè)裝置組成。兩個(gè)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(shí)，輸出達(dá)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號(hào)使調(diào)節(jié)器退保和。 為了實(shí)

8、現(xiàn)電流的實(shí)時(shí)控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不要進(jìn)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(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán), 以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓, 把由電流負(fù)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(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。4、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開(kāi)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(jì)返回初始化子程序框圖（3） 中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì) 中斷服務(wù)子程序包括故障檢測(cè)、PWM生成、狀態(tài)檢測(cè)和數(shù)字PI調(diào)節(jié)等，這些都是實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)的功能。當(dāng)相應(yīng)的中斷源提出申請(qǐng)，CPU就可以實(shí)時(shí)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(hù)現(xiàn)場(chǎng)，然后再由輸入量計(jì)算實(shí)際的轉(zhuǎn)速，完成轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)，最后進(jìn)行轉(zhuǎn)