转速电流双闭环直流调速系统

1、运动控制系统期中作业电气与控制工程学院自动化1102王颖琪1106050219稳态参数计算：额定转速下的给定电压值：=0.007*1460=10.22v =0.05*136=6.8v电流调节器的限幅值：=8.69v根据稳态参数可取 所以： =0.007 =0.05v/A假设Ks=30动态参数计算：电流环的设计（1）确定时间常数a. 整流装置滞后时间常数.假设，所以b. 电流滤波时间常数. 单相桥式电路每个波头的时间是10ms，三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms，为了基本滤平波头，可取=2ms=0.002s.c. 电流环小时间常数之和.按小时间常数近似处理，取.=+=0.00214s(2)

2、 选择电流调节器结构根据设计要求5%，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环的控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为：W(s)=(3)计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：=电流环开环增益：要求5%，所以取*=0.5,因此：=233.6s-1于是，ACR的比例系数为：=1.5576（4） 校验近似条件电流环截止频率：=233.6s-1a. 校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件： =2380.95s-1> 满足近似条件b.校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件： 48.84s-1< 满足近似条件c.校验电流环小时间常数近似处理条件： > 满足近似条

3、件（5) 计算调节器的电阻电容，按所用运算放大器取,各电容和电阻值计算如下： 所以: 故得 按照上述参数，满足设计要求 。 转速调节器设计（1） 确定时间常数a. 电流环等效时间常数.已知，则 =S.b. 转速滤波时间常数。根据所用测速发电机纹理情况， c. 转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取（2） 选择转速调节器结构按照设计要求，选择PI调节器，其传递函数（3) 计算转速调节器参数按跟随性和抗扰性都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为：转速环开环增益：ASR比例系数为：（4） 检验近似条件转速环截止频率a. 电流环传递函数简化条件 > 满足简化条件b.转速环小时间常数

4、近似处理条件 > 满足近似条件（5） 计算调节器电阻和电容 取=40K,则 所以： (6) 校验转速超调量<所以设计满足要求。晶闸管的选型： 选择晶闸管主要是选择它的额定电压和额定电流。对于本设计采用的是三向桥式PWM逆变电路，晶闸管按1至6顺序导通，在阻感负载中晶闸管承受的最大电压，而考虑到电网电压波动和操作过电压等因素，还要放宽23倍的安全系数，则晶闸管额定电压的计算结果为：,取。晶闸管的额定电流有效值大于实际流过晶闸管的最大电流的有效值。一般取按此原则所得的1.52倍。已知：可得晶闸管的额定电流： 取因此，本设计采用的晶闸管型号为KP200A-20MATLAB仿真（1） 电流

5、环的仿真设计 仿真模型：仿真结果：（2） 转速环仿真设计转速环空载仿真模型：仿真结果：转速环满载仿真模型：仿真结果：转速双闭环直流调速系统的硬件电路设计（1）桥式可逆PWM变换电路 本次设计采用桥式可逆PWM变换电路供电，电动机两端电压的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改变。 桥式可逆PWM变换电路如下图：（2）含给定滤波和反馈滤波的PI型电流调节器如下图所示（参数标注在图上)（3）含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器如下图所示（参数标注在图上）（4）给定及偏移电源此电路用于产生15V电压作为转速给定电压以及基准电压。（5）信号产生电路 电路中的PWM信号由集成芯片SG3524产生，SG

6、3524可为脉宽调制式推挽、桥式、单端及串联型SMPS(固定频率开关电源)提供全部控制电路系统的控制单元。由它构成的PWM型开关电源的工作频率可达1000KHZ,适宜构成100-500W中功率推挽输出式开关电源。SG3524采用是定频PWM电路,DIP-16型封装。由SG3524构成的基本电路如图所示，由15脚输入+15V电压，用于产生+5V基准电压。9脚是误差放大器的输出端，在1、9引脚之间接入外部阻容元件构成PI调节器，可提高稳态精度。12、13引脚通过电阻与+15V电压源相连，供内部晶体管工作，由电流调节器输出的控制电压作为2引脚输入，通过其电压大小调节11 、14引脚的输出脉冲宽度，实

7、现脉宽调制变换器的功能实现。 SG3524的基准源属于常规的串联式线性直流稳压电源,它向集成块内部的斜波发生器、PWM比较器、T型触发器等以及通过16脚向外均提供+5V的工作电压和基准电压,振荡器先产生的连续不对称锯齿波电压,再变换成矩形波电压,送至触发器、或非门,并由3脚输出。振荡器频率由SG3524的6脚、7脚外接电容器CT和外接电阻器RT决定,其值为:f=1.15/RTCT。考虑到对CT的充电电流为一般为30A-2mA),因此RT的取值范围为1.8k100k,CT为0.001F0.1F,其最高振荡频率为300kHz。开关电源输出电压经取样后接至误差放大器的反相输入端,与同相端的基准电压进

8、行比较后,产生误差电压,送至PWM比较器的一个输入端,另一个则接锯齿波电压,由此可控制PWM比较器输出的脉宽调制信号. SG3524管脚构成的电路图：（6）转速检测电路 转速检测电路与电动机同轴安装一台测速发电机，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Un，与给定电压Un*相比较后，得到转速偏差电压D输送给转速调节器。测速发电机的输出电压不仅表示转速的大小，还包含转速的方向，测速电路如上图所示，通过调节电位器即可改变转速反馈系数（7）总电路设计图：双闭环直流调速系统的工作原理 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器转速和电流，两者之间实行串联连接。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去驱动PWM供电电路的触发装置。从闭环结构上看，电流调节器在闭环里，叫内环。转速调节器在外面，叫外环。这样就构成了转速，电流双闭环直流调速系统。如总电路图所示的直流调速系统的原理