轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)H形雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)H形雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一 參數(shù)計(jì)算1 電流環(huán)參數(shù)的設(shè)計(jì)：（1） 確定時(shí)間常數(shù)1) 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。因?yàn)閒=1khz，所以=0.001s2) 電流濾波時(shí)間常數(shù)。由題中已知條件知=0.001s 3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。=+=0.001+0.001=0.002s（2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，因此可按典I系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR。電流調(diào)節(jié)器ACR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)如下式： （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：要求時(shí)，按課本上表3-1，應(yīng)取，因此 電流反饋系數(shù)：因?yàn)樗裕河指鶕?jù)已知條件知=4.8

2、于是，ACR的比例系數(shù)為 （4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率:1）校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件： 滿足近似條件。2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件： 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： 滿足近似條件。（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻電容：已知，各電阻和電容值計(jì)算如下：， 近似取 ，取。取2.轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)的設(shè)計(jì)：（1）確定時(shí)間常數(shù):1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)=2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)由已知條件知3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)要求無(wú)靜差，且要求設(shè)計(jì)為典II系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)必須含有積分環(huán)節(jié);故轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR選擇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

3、能都較好的原則， 取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為: 所以轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益:轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):由可知：于是，可以算出ASR的比例系數(shù)為:（4）校驗(yàn)近似條件：轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率：1）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件： ，滿足簡(jiǎn)化條件。2）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，滿足條件。（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：已知，各電阻和電容值計(jì)算如下：，可近似取，取，?。?）驗(yàn)證空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的超調(diào)量：當(dāng)h=5時(shí)，查表得，n=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于這是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù)z=0，已知直流

4、電機(jī)參數(shù)： 0.2 KW，48 V，3.7 A，200 r/min，Ra6.5，R=8；PWM裝置放大系數(shù)Ks=4.8；時(shí)間常數(shù)Tm=0.2s，Tl=0.015s； 當(dāng)時(shí)，；而,又因?yàn)?因此 ，滿足空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的超調(diào)量的設(shè)計(jì)要求。（二）直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的完整硬件實(shí)現(xiàn)原理圖如下：（三）原理圖上實(shí)現(xiàn)所要求的直流調(diào)速系統(tǒng)的原理如下：主電路系統(tǒng)是由10V直流電源，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，SG3524芯片，H型雙極式可逆PWM橋式電路，三相整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、測(cè)速發(fā)電機(jī)和霍爾電流互感器組成。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串極聯(lián)結(jié)，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

5、的輸出去控制PWM裝置,然后通過(guò)脈沖寬度調(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(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。與此同時(shí)，由測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，并用霍爾電流互感器對(duì)電樞電流進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（四）原理圖上每個(gè)元件選定的依據(jù)及其分析：（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)而言，最關(guān)鍵的是控制器的設(shè)計(jì)，控制器設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。控制器要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)，通用性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的智能，在滿足性能指標(biāo)的前提下應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)單。轉(zhuǎn)速反饋電路如下圖所示，其各個(gè)參數(shù)在（一）中已經(jīng)算出，并標(biāo)注在圖中。這里選用PI控制器，因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求無(wú)靜差，且

6、要求設(shè)計(jì)為典II系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)必須含有積分環(huán)節(jié)，同時(shí)，PI控制器還能在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡可能的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （2）電流調(diào)節(jié)器電流反饋電路如圖所示，其各個(gè)參數(shù)在（一）中已算出，并標(biāo)注在下圖中。由于要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，所以電流調(diào)節(jié)器也選擇PI調(diào)節(jié)器。 （2） SG3524芯片采用集成脈寬調(diào)制器SG3524作為脈沖信號(hào)發(fā)生的核心元件。它的主要作用是用它來(lái)產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的PWM信號(hào)。其結(jié)構(gòu)圖如下：根據(jù)主電路中IGBT的開(kāi)關(guān)頻率，選擇適當(dāng)?shù)?值即可確定振蕩頻率。由初始條件知開(kāi)關(guān)頻率為1kHz，可以選擇，=0.001uf。SG3524采用是定頻PWM電路,DIP-16型封裝。由SG35

7、24構(gòu)成的基本電路如圖9所示，由15腳輸入+10V電壓。9腳是誤差放大器的輸出端，在1、9引腳之間接入外部阻容元件構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，可提高穩(wěn)態(tài)精度。12、13引腳通過(guò)電阻與+10V電壓源相連，供內(nèi)部晶體管工作，由電流調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓作為2引腳輸入，通過(guò)其電壓大小調(diào)節(jié)11、14引腳的輸出脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制變換器的功能實(shí)現(xiàn)。（3）H型雙極式可逆PWM橋式電路 “H”型是雙極性驅(qū)動(dòng)電路的一種，也稱為橋式電路。其電路是由四個(gè)晶閘管和四個(gè)續(xù)流二極管組成，。四個(gè)晶閘管分為兩組，VT1和VT4為一組，VT2和VT3為另一組。同一組的晶閘管同步導(dǎo)通或關(guān)斷，不同組的晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷正好相反。在每個(gè)PWM

8、周期里，當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，晶閘管VT1和VT4導(dǎo)通，此時(shí)另一組晶閘管輸入信號(hào)為低電平，因此VT2和VT3截止。電樞繞組承受從A到B的正向電壓；當(dāng)控制信號(hào)輸入為低電平時(shí)，晶閘管VT1和VT4截止，此時(shí)另一組晶閘管輸入為高電平，因此VT2和VT3導(dǎo)通，電樞繞組承受從B到A的反向電壓，這就是所謂的“雙極”。 其電路結(jié)構(gòu)圖如下：（4），三相整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置 整流變壓器和晶閘管整流調(diào)速裝置的功能是將輸入的交流電整流后變成直流電。其電路結(jié)構(gòu)圖如下： （5）轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路如圖12。與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉(zhuǎn)速

9、偏差電壓輸送給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不僅表示轉(zhuǎn)速的大小，還包含轉(zhuǎn)速的方向，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。（6）電流檢測(cè)電路通過(guò)霍爾傳感器測(cè)量電流的電流檢測(cè)電路原理圖如下圖：（五）實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)： 在查閱相關(guān)資料，聯(lián)系所學(xué)知識(shí)，以及自己的不屑努力下，歷時(shí)將近一個(gè)月，我終于完成了本次關(guān)于“雙閉環(huán)控制的H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的”課程設(shè)計(jì)。在這次課程設(shè)計(jì)中，可謂困難重重。它不僅是對(duì)自己前面所學(xué)電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制理論的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種挑戰(zhàn)。以前，從沒(méi)獨(dú)立完成過(guò)如此龐大的課設(shè)題目，起初，我不知道如何下手，不知道如何確定控制芯片，也不知道如何連接線路以及如何控制PW

10、M調(diào)速。一時(shí)間，手忙腳亂，但是在我靜下心來(lái)后，我認(rèn)真的研究課設(shè)內(nèi)容，虛心的查閱相關(guān)資料，以及耐心的聯(lián)系自己的所學(xué)知識(shí)后。慢慢的，我對(duì)實(shí)驗(yàn)原理有了準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，也明白了原理圖的連接方法，以及如何選擇各個(gè)部件。最終在我耐心的設(shè)計(jì)下，完成了這次課設(shè)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，一方面培養(yǎng)了我獨(dú)立動(dòng)手，獨(dú)立思考，查閱相關(guān)資料獨(dú)立去發(fā)現(xiàn)，面對(duì)，分析和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)增強(qiáng)了自己理論聯(lián)系實(shí)踐，學(xué)以致用的能力。這大大激發(fā)了我對(duì)學(xué)習(xí)課本知識(shí)的興趣。在課程設(shè)計(jì)中，我也接觸到了許多新知識(shí)，這大大拓寬了我的視野。然而，另一方面，我也發(fā)現(xiàn)我對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握的還不夠牢靠，對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用還不夠嫻熟，自己的動(dòng)手和思考能力還有待提高。我明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 總之，本次課程設(shè)計(jì)，我受益匪淺。參考文獻(xiàn)：1許曉峰.電機(jī)及拖動(dòng)M.第1版.北京：高等教育出版社，2004.2陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)M.第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.3