PWM直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)設計

...wd......wd......wd...運動控制系統(tǒng)大作業(yè)直流PWM雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，根本數(shù)據(jù)如下：直流電機：額定功率185W，額定電樞電壓220VDC，額定電樞電流1.25A，勵磁電壓220VDC，勵磁電流0.16A，額定轉速1500rpm，額定轉矩12000g·cm，允許過載倍數(shù)1.2；PWM變換器：占空比15%-85%；時間常數(shù)：電磁時間常數(shù)10ms,機電時間常數(shù)87ms；控制器的最大輸入/輸出電壓均不超過3V設計要求：靜態(tài)指標,轉速/電流無靜差；動態(tài)指標，電流超調不超過5%；空載啟動到額定轉速時的轉速超調不超過10%。請完成轉速調節(jié)器、電流調節(jié)器的設計、理論仿真和調試。1.雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的構造圖直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的構造圖如以下圖，轉速調節(jié)器與電流調節(jié)器串極聯(lián)結，轉速調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制PWM裝置。其中脈寬調制變換器的作用是：用脈沖寬度調制的方法，把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調節(jié)電機轉速，到達設計要求。雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的構造圖2.電路設計H橋式可逆直流脈寬調速系統(tǒng)主電路的如以下圖。PWM逆變器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不控的二極管整流器產生，并采用大電容濾波，以獲得恒定的直流電壓。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電動機制動時只好對濾波電容充電，這時電容器兩端電壓升高稱作“泵升電壓〞。為了限制泵升電壓，用鎮(zhèn)流電阻Rz消耗掉這些能量，在泵升電壓到達允許值時接通VTz。H橋式直流脈寬調速系統(tǒng)主電路四單元IGBT模塊型號：20MT120UF主要參數(shù)如下：=1200V=16A=1002.1給定基準電源此電路用于產生±15V電壓作為轉速給定電壓以及基準電壓，如以下圖：給定基準電源電路2.2雙閉環(huán)調節(jié)器電路設計為了實現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對被控量進展采樣，然后與給定值比擬，決定調節(jié)器的輸出，反響的關鍵是對被控量進展采樣與測量。2.2.1電流調節(jié)器由于電流檢測中常常含有交流分量，為使其不影響調節(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間常數(shù)，以濾平電流檢測信號為準。為了平衡反響信號的延遲，在給定通道上參加同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時間上配合恰當。圖2-3含給定濾波與反響濾波的PI型電流調節(jié)器2.2.2轉速調節(jié)器由測速發(fā)電機得到的轉速反響電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，由初始條件知濾波時間常數(shù)。根據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉速給定通道上也參加一樣時間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。3.調節(jié)器的參數(shù)整定本設計為雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)電路根本數(shù)據(jù)如下1)電磁時間常數(shù)；2)機電時間常數(shù)；3)觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的允許過載倍數(shù)λ=1.2；設計指標：1)靜態(tài)指標：無靜差；2)動態(tài)指標：電流超調量；空載起動到額定轉速時的轉速超調量。計算反響關鍵參數(shù)：Ct=T/Ia=0.9408Ce=Ct/9.55=0.0985V.min/rnN=(UN-IN*R)/CeR=57.78Ωα=Unm/nN=0.002V/(r/min)β=Uim/Idm=2V/A3.1電流環(huán)的設計1〕確定時間常數(shù)PWM裝置滯后時間常數(shù)：Ts=0.0017s。電流濾波時間常數(shù):。T=0.0017+0.002=0.0037s(和一般都比小得多,可以當作小慣性群近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié))。2〕選擇電流調節(jié)器構造可按典型Ⅰ型設計電流調節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的,所以把電流調節(jié)器設計成PI型的，其傳遞函數(shù)為式中——電流調節(jié)器的比例系數(shù)；——電流調節(jié)器的超前時間常數(shù)。3〕選擇電流調節(jié)器的參數(shù)ACR超前時間常數(shù)；改電流環(huán)開環(huán)時間增益:要求，故應取，因此于是，ACR的比例系數(shù)為:4〕校驗近似條件電流環(huán)截止頻率:〔1〕晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件：即滿足近似條件；〔2〕忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件：即滿足近似條件；〔3〕小時間常數(shù)近似處理條件：即滿足近似條件。5〕計算調節(jié)器電阻和電容調節(jié)器輸入電阻為，各電阻和電容值計算如下取，取，取3.2轉速環(huán)的設計1〕確定時間常數(shù)〔1〕電流環(huán)等效時間常數(shù)〔2〕轉速濾波時間常數(shù)〔3〕轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理2〕選擇轉速調節(jié)器構造按跟隨和抗擾性能都能較好的原則,在負載擾動點后已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié),為了實現(xiàn)轉速無靜差,還必須在擾動作用點以前設置一個積分環(huán)節(jié),因此需要Ⅱ由設計要求，轉速調節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型Ⅱ型系統(tǒng)—選用設計PI調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為3〕選擇調節(jié)器的參數(shù)根據(jù)跟隨性和抗干擾性能都較好的原則取，則ASR超前時間常數(shù)為轉速開環(huán)增益：ASR的比例系數(shù)：4〕近似校驗轉速截止頻率為：〔1〕電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：現(xiàn)在滿足簡化條件?！?〕小時間常數(shù)近似處理條件：現(xiàn)在滿足近似條件。5〕計算調節(jié)器電阻和電容調節(jié)器輸入電阻，則，取125，取0.5，取0.56〕檢驗轉速超調量當h=5時，查