运动控制课程设计(自动化专业)

运动控制系统

课程设计讲座直流拖动控制系统设计设计题目：直流调速V-M双闭环控制系统设计专题基本设计参数直流电动机185W，220V，1.1A，1600r/min，Ra=22.25W，GD2=0.065N·m2，允许过载倍数l=1.1，晶闸管装置放大倍数Ks=40，电枢回路总电阻R=52.5W，电枢回路总电感L=811.5mH，最大给定电压U*nm=5V对应1500r/min，最大电流Idm=lIN时，ASR输出限幅U*im=5V，电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s，转速反馈滤波时间常数Ton=0.01s，取R0=20kW，稳态指标：无静差动态指标：电流超调量si≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量sn≤10%画出原理图、稳态结构图、建立数学模型，画出动态结构图；设计ASR、ACR，计算PI调节器参数；检验近似条件，计算ASR退饱和超调量；画出开环对数幅频特性曲线；编写带限幅环节的数字PI调节器程序(C语言或汇编语言)；写出心得体会。交流拖动控制系统设计

设计题目：SPWM变频调速控制系统设计专题参考文献：1、运动控制系统（第四版），阮毅，陈伯时，机械工业版2、电力拖动自动控制系统习题例题集，童福尧，机械工业版设计交-直-交电压源型三相SPWM变频器，整流部分为二极管三相不控整流，获得恒定直流电压，逆变器由6个电力晶体管GTR和6个续流二极管组成，并由8051和大规模集成电路HEF4752组成SPWM变频调速系统的控制电路。基本设计参数：异步电动机额定功率11kW，额定电流22A，线电压380V，允许过载倍数l=1.5，泵升电压DUs=150V，逆变器输出频率范围4~60Hz，额定输出频率f1e=50Hz，负载功率因数cosf

≥0.5，负载引起直流电压脉动百分比K≤5%，Uin(max)=10V，设计任务设计主电路：选择GTR开关管以及滤波电容；设计控制电路：采用大规模集成电路HEF4752，并设fsmax=1000Hz，计算8253分频系数；设计驱动电路：采用分立元件或集成电路模块均可；画出系统原理图、控制电路图、驱动电路图、保护电路图（过压保护和过流保护二选一）

；写出心得体会。设计思想变频器的三个主要组成部分主电路驱动电路控制电路一.主电路设计原理

变频器分类交-直-交交-交电压源型电流源型整流部分逆变部分滤波电容限流电阻直流部分均压电阻直流电流互感器交流电流互感器泵升电压吸收电路毛刺吸收电路交-直-交电压源型变压变频主电路设计GTR参数计算电压额定值的计算

UVT=(1.5~2)×(2.34×220×K×A+DU)K——电网电压升高系数，一般取K=1.1A——电容滤波时电压升高系数，一般取A=1.04DU——（可能的）泵升电压150V电流额定值的计算F——冲击电流系数，一般取F=1.4l——电流过载倍数Ie——额定电流滤波电容的计算A——与负载阻抗角f有关的系数I——逆变器输出相电流(A)K——由负载引起的直流电压脉动百分比w——逆变器输出最低角频率(s-1)Ud——直流侧电压(V)二.驱动电路总体设计辅助电源电路GTR理想驱动波形tid强导通(2~3)ib迅速关断驱动电路设计方案一：分立元件方案二：驱动模块i方案一：分立元件构成的驱动电路方案二：驱动模块M57215BLM57215BLM57215BL驱动电路原理图Uin为低电平(0~1V)，GTR模块的基射极被UEE反向偏置，GTR可靠截止。Uin为高电平(4~5V)，GTR模块正向偏置，产生驱动电流ib。三.控制电路HEF4752介绍功能原理基本结构及工作原理HEF4752控制功能器件介绍主激励输出（逆变器驱动输出）接到三相逆变器6个开关器件的驱动电路输入端。第一个字母表示相序数字1、2分别表示上、下桥臂开关元件的PWM激励信号。AM1AM2CM2CM1BM2BM1器件介绍辅助激励输出（换向开关驱动输出）当逆变器由晶闸管作开关器件时，提供强迫换流信号。第二个字母C表示辅助输出。AC1AC2BC1BC2CC1CC2AM1AM2CM2CM1BM2BM1器件介绍4个时钟输入1.FCT：

频率控制时钟：控制逆变器输出（基波）频率fOUT，控制转速。fFCT=3360fOUTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT

HEF4752能自动使输出电压与频率成线性关系。直到100%调制发生时:相邻脉冲开始合并，输出电压有效值为0.624Vd。

fout(nom)=0.624Vd×f1e/V1e器件介绍VCTfVCT(nom)=6720fOUT(nom)AM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT4个时钟输入2.VCT

电压控制时钟：决定PWM调制深度，从而控制SPWM调制波平均电压，实现恒Eg/f1控制。减小fvct导致输出电压增加，实为“V/f”比增加。例：取fvct=0.5fvct(nom)，就可提高低速时电压，改善带载能力。器件介绍4个时钟输入3.RCT

频率参考时钟（固定值），用于控制逆变器载波最高频率fs(max)fRCT=280fs(max)RCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介绍4个时钟输入4.OCT

输出延时时钟,设置互锁延迟间隔时间，避免同一桥臂上下两管同时导通。与K配合使用。

延时时间T=8/fOCTK=“0”16/fOCTK=“1”

通常fRCT=fOCTOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介绍7个控制输入1、A、B、C测试端工作时接地ABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介绍7个控制输入4.I

驱动晶体管或晶闸管选择I=“0”驱动晶体管逆变器“1”驱动晶闸管逆变器IABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介绍7个控制输入5.K(与OCT配合)6.L

起动/停止控制L=“0”输出调制信号被封锁“1”输出SPWM调制信号LIABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介绍7个控制输入7.CW

相序选择CW=“0”逆相序C-B-A“1”正相序A-B-CCWLIABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介绍3个控制输出RSYN：（R相）示波器同步信号，供示波器外同步用。VAV：输出电压模拟信号（数字信号,模拟输出电压平均值）。CSP：逆变器开关频率输出（两倍于逆变器开关频率的脉冲串）。RSYNVAVCSPCWLIABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介绍2个电源线UDD正电源线+10V

USS地线UDDUSSRSYNVAVCSPCWLIABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT调制方式双边缘正弦调制不同于三角波-正弦波调制法。采用从载波脉冲两端改变脉冲宽度的双边缘正弦调制。优点：在于可获得两倍载波频率的输出线电压脉冲，从而可减小低速时的脉动转矩。调制比hV——重要参数，定义：U为逆变器输出线电压有效值UAB为电动机额定线电压有效值改变调制比hV，就可以改变逆变器输出电压U调制比hVηV与时钟FCT和VCT的“频率比”成正比

如满足：0fFCT/fVCT0.5100%hV可见：当固定fVCT时，调制比ηV与fFCT成正比关系，而fFCT又与逆变器输出频率fout成正比关系。所以：调节fFCT可调电机转速，并实现U/fout=常值的“恒磁通控制”。控制电路原理控制电路采用8051+HEF4752其它主要器件：8253可编程定时/计数器ADC0809逐次比较式8位模/数转换器74LS3738位地址锁存器2725632K×8位EPROM存储器CD4527十进制比例乘法器8253可编程计数器/定时器CLK=2M，设为工作方式3（分频,方波发生器）【PWM载波频率】【通道2分频系数Z2】8253通道2，参考时钟与延迟时钟：8253可编程计数器/定时器CLK=2M，设为工作方式3（分频,方波发生器）【通道1分频系数Z1】8253通道1，电压控制时钟fvct(nom)：Vd:直流侧电压f1e:电机额定频率V1e:电机额定电压【通道0：最大、最小分频系数596～6】0：频率控制时钟8253通道0，频率控制时钟ffct：4527比例乘法器当输出频率在1~100Hz之间变化时，计算机控制8253的0通道（分频系数）从6~596变化。但变化的台阶较大，故增加细分电路。频率将受到8253和