PWM直流双闭环调速系统设计样本.docx

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PWM直流双闭环调速系统设计样本

运动控制系统大作业

直流PWM双闭环调速系统,基本数据如下:

（1）直流电机:

额定功率185W,额定电枢电压220VDC,额定电枢电流1.25A,励磁电压220VDC,励磁电流0.16A,额定转速1500rpm,额定转矩1g·cm,允许过载倍数1.2;

（2）PWM变换器:

占空比15%-85%;

（3）时间常数:

电磁时间常数10ms,机电时间常数87ms;

（4）控制器的最大输入/输出电压均不超过3V

设计要求:

（1）静态指标,转速/电流无静差;

（2）动态指标,电流超调不超过5%;空载启动到额定转速时的转速超调不超过10%。

请完成转速调节器、电流调节器的设计、理论仿真和调试。

1.双闭环调速系统的结构图

直流双闭环调速系统的结构图如图所示,转速调节器与电流调节器串极联结,转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制PWM装置。

其中脉宽调制变换器的作用是:

用脉冲宽度调制的方法,把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列,从而能够改变平均输出电压的大小,以调节电机转速,达到设计要求。

双闭环调速系统的结构图

2.电路设计

H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图所示。

PWM逆变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生,并采用大电容

滤波,以获得恒定的直流电压

。

由于直流电源靠二极管整流器供电,不可能回馈电能,电动机制动时只好对滤波电容充电,这时电容器两端电压升高称作”泵升电压”。

为了限制泵升电压,用镇流电阻Rz消耗掉这些能量,在泵升电压达到允许值时接通VTz。

H桥式直流脉宽调速系统主电路

四单元IGBT模块型号:

20MT120UF

主要参数如下:

=1200V

=16A

=100

2.1给定基准电源

此电路用于产生±15V电压作为转速给定电压以及基准电压,如图所示:

给定基准电源电路

2.2双闭环调节器电路设计

为了实现闭环控制,必须对被控量进行采样,然后与给定值比较,决定调节器的输出,反馈的关键是对被控量进行采样与测量。

2.2.1电流调节器

由于电流检测中常常含有交流分量,为使其不影响调节器的输入,需加低通滤波。

此滤波环节传递函数可用一阶惯性环节表示,由初始条件知滤波时间常数

以滤平电流检测信号为准。

为了平衡反馈信号的延迟,在给定通道上加入同样的给定滤波环节,使二者在时间上配合恰当。

图2-3含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器

2.2.2转速调节器

由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波,因此也需要滤波,由初始条件知滤波时间常数

。

根据和电流环一样的原理,在转速给定通道上也加入相同时间常数的给定滤波环节。

3.调节器的参数整定

本设计为双闭环直流调速系统

电路基本数据如下

1）电磁时间常数

;

2）机电时间常数

;

3）触发整流环节的允许过载倍数λ=1.2;

设计指标:

1）静态指标:

无静差;

2）动态指标:

电流超调量

;空载起动到额定转速时的转速超调量

。

计算反馈关键参数:

Ct=T/Ia=0.9408

Ce=Ct/9.55=0.0985V.min/r

nN=（UN-IN*R）/CeR=57.78Ω

α=Unm/nN=0.002V/（r/min）

β=Uim/Idm=2V/A

3.1电流环的设计

1）确定时间常数

PWM装置滞后时间常数:

Ts=0.0017s。

电流滤波时间常数:

。

T=0.0017+0.002=0.0037s（

和

一般都比

小得多,能够当作小惯性群近似地看作是一个惯性环节）。

2）选择电流调节器结构

可按典型Ⅰ型设计电流调节器。

电流环控制对象是双惯性型的,因此把电流调节器设计成PI型的,其传递函数为

式中

——电流调节器的比例系数;

——电流调节器的超前时间常数。

3）选择电流调节器的参数

ACR超前时间常数

;改电流环开环时间增益:

要求

故应取

因此