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
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