运动控制期中作业Word格式.docx

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根据系统对转速及电流均有特定要求，系统必须既含有电流反馈，又含有转速反馈，即所谓的双闭环。

设计中，可在系统中设计两个调节器，按理论分析及工程实践经验，我们选择电流反馈作为内环，转速反馈作为外环，实现二者之间嵌套，将系统设计为双闭环调速系统。

为了获得良好的性能，两个调节器一般都采用PI调节器。

调节器的设计较为复杂，为了设计方便，通常采用工程设计方法。

实际中的系统大多为高阶系统，将系统经过合理简化处理，使整个系统近似为低阶系统，使用单片机数字控制或运算放大器模拟控制可精确实现比例、积分、微分等控制规律。

得到简化后的低阶系统的开环对数频率特性后，将其与典型低阶系统作对比分析，就可以根据现成的公式和图表来进行计算该系统参数，这就是工程设计方法。

在设计过程中，要牢牢把握系统的快速性、准确性、稳定性及抗干扰能力强等设计原则。

图.转速、电流反馈控制直流调速系统原理图

二、设计目标

某转速电流双闭环直流调速系统采用桥式可逆PWM变换电路供电：

（1）给定参数

电动机参数:

，允许

过载倍数;

电枢回路总电阻:

;

电动机轴上的总飞轮力矩：

。

（2）设计指标

电流超调量：

；

转速超调量：

系统无静差。

3、设计方案

（1）主电源采用380V电源供电，经电力电子变换后作为电动机供电输入。

（2）ASR与ACR均采用PI调节器，转速反馈靠测速发电机TG实现，电流反馈通过霍尔电流传感器实现。

（3）电流环设计为典系统，转速环设计为典系统。

（4）采用三相桥式可逆PWM变化电路作为整流电路。

图.双闭环调速系统结构简化图

4、主要器件选择

（1）整流二极管的选择

根据二极管的最大整流平均和最高反向工作电压分别应满足：

选用大功率硅整流二极管，型号和参数如下所示：

型号

正向平均整流电流（A）

反向重复峰值电压URM（V）

瞬间平均正向压降（V）

额定正向平均电流（A）

MR2504G

25

400

1.18

78.5

在设计主电路时，滤波电容是根据负载的情况来选择电容C值，使RC（3~5）T/2，且有：

（V）

，即C15000uF

故此，选用型号为CD15的铝电解电容，其额定直流电压为400V，标称容量为22000uF。

（2）IGBT的选择

最大工作电流Imax≈2Us/R=440/0.5=880（A）

集电极－发射极反向击穿电压≥（2～3）Us=440～660v

五、电流调节器ACR设计

1.确定时间常数

（1）电磁时间常数及机电时间常数

（2）脉宽调制器和PWM变换器的滞后时间常数及传递函数

电动机直接起动电流

起动电流与额定电流之比为=

晶体管放大区时间常数

晶体管电流上升时间

（注：

为晶体管过饱和导通时的驱动系数，取为2）

晶体管电流下降时间

为晶体管截止时的反向过驱动系数，取为2）

最佳开关频率:

为保证电流连续，选开关频率为=1.2KHz，此频率已能够满足条件。

因此，开关周期

脉宽调制器和PWM变换器的放大系数

（注：

选取ASR输出限幅值）

于是有脉宽调制器和PWM变换器的传递函数：

（3）电流反馈滤波时间常数取

电流环小时间常数

2.电流调节器结构选择

根据设计要求，且电流调节器按典系统设计，并取参数KT=0.5。

，参照典型型系统动态抗扰性能表，可见各项设计指标都可以接受。

电流调节器采用PI调节器，其传递函数：

3.电流调节器参数选择

电流调节器超前时间常数

电流环开环增益：

要求，取，则：

又，于是

ACR比例系数

最终，ACR传递函数：

4.检验近似条件

电流环截止频率

（1）检验PWM整流装置传递函数近似条件：

，满足近似条件。

（2）检验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：

（3）检验电流环小时间常数近似处理条件：

5.调节器电阻和电容计算

（1）ACR电路原理图如下：

-

（2）电阻电容计算

取，其他电阻电容计算如下：

，取

，取

按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为，满足设计要求。

六、转速调节器ASR设计

1.确定时间常数

（1）电流环等效时间常数

由前面已知，则：

（2）转速滤波时间常数

根据所用测速发电机纹波情况，取

（3）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，且转速环按典系统设计，其传递函数为：

3.计算转速调节器参数

参照典系统，按照跟随及抗扰性能都较好的原则，取h=5,则：

ASR超前时间常数

转速环开环增益

于是，ASR比例系数为;

（其中）

最终ASR传递函数

转速环截止频率为

（1）电流环传递函数简化条件

满足简化条件

（2）转速环小时间常数近似处理条件

满足近似条件

5.计算调节器电阻和电容

（1）ASR电路原理图如下：

取，则：

6.校核转速超调量

当h=5时，

，

因此，可见转速超调量满足要求。

七、MATLAB仿真

1.ACR仿真

仿真结果分别显示电流环无超调及有超调情况下的波形：

（1）KT=0.5（无超调）时仿真结果

（2）KT=1（有超调）时仿真结果

2.ASR仿真

（1）空载高速起动时仿真结果

（2）满载高速起动时仿真结果

参考文献

【1】阮毅陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京：

机械工业出版社，2009.

【2】王兆安刘进军.电力电子技术.北京：

【3】李晓竹.电机与拖动.徐州：

中国矿业大学出版社，2009.

附录：

系统总电路原理图