直流pwm-m可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與仿真畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 報 告 書</p><p>　　題 目：直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與仿真</p><p>　　系 名： 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　課設(shè)計任務(wù)書</b></

3、p><p>　　學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 自動化1142 </p><p>　　題目: 直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與仿真5 </p><p><b>　　一、初始條件：</b></p><p

4、>　　1.直流電機參數(shù)：UN＝110 V，IN＝2.9 A，nN＝2400 r/min ，Ra＝3.4Ω，電樞電感La=60.4mH，轉(zhuǎn)動慣量GD2=0.014kgm2，PWM變換裝置放大系數(shù)Ks=45，PWM開關(guān)頻率為8KHz。直流它勵，勵磁電壓110V，勵磁電流0.5A</p><p>　　2.主電路采用橋式可逆PWM變換器（H橋），進(jìn)線交流電源：三相380V</p><p>　

5、　3. 采用永磁式測速發(fā)電機，參數(shù)：23W，110V，0.21A，1900 r/min </p><p>　　4.可逆運行，轉(zhuǎn)速和電流穩(wěn)態(tài)無差，電流超調(diào)量小于5％，轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于10％。</p><p>　　二、要求完成的主要任務(wù): </p><p>　　1.PWM主電路設(shè)計</p><p>　　2.轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計</p&g

6、t;<p>　　3.集成脈寬調(diào)制電路設(shè)計</p><p><b>　　4.驅(qū)動電路設(shè)計</b></p><p>　　5. ASR及ACR電路設(shè)計</p><p><b>　　6.仿真研究</b></p><p>　　三、設(shè)計報告撰寫要求</p><p><

7、b>　　1.內(nèi)容要求</b></p><p>　　一般要求包括如下內(nèi)容：</p><p><b>　?、?目錄</b></p><p>　　編制課程設(shè)計的目錄，目錄的各級標(biāo)題按照章節(jié)順序排列，統(tǒng)一用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，一級標(biāo)題為1,2,3，二級標(biāo)題為1.1,1.2,1.3，三級標(biāo)題為1.1.1,1.1.2等。</p>

8、<p><b>　?、?緒論</b></p><p>　　課程設(shè)計正文前的引言。應(yīng)對課題研究的目的意義，研究現(xiàn)狀，課題研究內(nèi)容，預(yù)期研究目標(biāo)等進(jìn)行綜合論述。</p><p><b>　?、钦?lt;/b></p><p>　　是課程設(shè)計的主體，根據(jù)任務(wù)書要求的設(shè)計內(nèi)容完成設(shè)計任務(wù)。應(yīng)對系統(tǒng)總體設(shè)計方案的實用性和可行

9、性進(jìn)行論證，設(shè)計系統(tǒng)主電路及控制驅(qū)動電路，說明系統(tǒng)工作原理，給出系統(tǒng)參數(shù)計算過程，給出仿真模型和仿真結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析。電路圖紙、元器件符號及文字符號應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。課程設(shè)計說明書應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。</p><p><b>　?、?結(jié)論</b></p><p>　　內(nèi)容總結(jié)，應(yīng)說明完成的主要設(shè)計任務(wù)、存在的主要問題及設(shè)計中的體

10、會。</p><p><b>　?、?參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　參考文摘不少于5篇，注意參考文獻(xiàn)的格式。</p><p><b>　　2. 格式要求</b></p><p>　　（1）紙張格式：要求統(tǒng)一用A4紙打印，頁面設(shè)置上空2.5cm，下空2.0cm，左空2.5cm，右空2.0cm&

11、lt;/p><p>　?。?）正文層次：統(tǒng)一用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，標(biāo)題一般不超過3級，格式左對齊，正文內(nèi)容層次序號為：1…….1.1……1.1.1…..。</p><p>　?。?）正文標(biāo)題；一級標(biāo)題為黑體小2號，二級標(biāo)題為黑體小三號，三級標(biāo)題為黑體四號，四級標(biāo)題為黑體小四號。</p><p>　　（4）正文內(nèi)容格式：宋體五號，1.25倍行距。</p><

12、;p>　　（5）參考文獻(xiàn)格式：按作者、文獻(xiàn)名、出版地、出版社和出版時間等順序書寫。如：</p><p>　　[1]劉國鈞，陳紹業(yè)．圖書館目錄．北京：高等教育出版社，1957．</p><p>　　[2] 戴軍，袁惠新.膜技術(shù)在含油廢水處理中的應(yīng)用.膜科學(xué)與技術(shù)，2002.</p><p>　　(6) 圖表要求：所有曲線、圖表、電路圖、流程圖、程序框圖、示意圖等

13、必須采用計算機輔助繪圖。圖序及圖名置于圖的下方；表序及表名置于表的上方；圖表采用阿拉伯?dāng)?shù)字連續(xù)編號。</p><p><b>　　3.裝訂順序</b></p><p>　　設(shè)計報告按照如下順序裝訂： </p><p>　　封面—任務(wù)書—目錄—正文—參考文獻(xiàn)—評分表。</p><p><b>　　四．時間安排：&

14、lt;/b></p><p>　　2017 年 6 月 26 日</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)幾年來發(fā)展很快，直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)采用全控型電力電子器件，調(diào)制頻率高，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)相比動態(tài)響應(yīng)速度快，電動機轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)脈動小，有很大的優(yōu)越性，在小功率調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)中的應(yīng)

15、用越來越廣泛。直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的不同主要在變流主電路上，采用了脈寬調(diào)制方式，轉(zhuǎn)速和電流的控制和晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)一樣。</p><p>　　直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)的PWM變換器有可逆和不可逆兩類，而可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。這里主要研究H型主電路雙極式的PWM_M調(diào)速系統(tǒng)以及仿真。</p><p>　　在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過程中，電氣自動化在2

16、0世紀(jì)的后四十年曾進(jìn)行了兩次重大的技術(shù)更新。一次是元器件的更新，即以大功率半導(dǎo)體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機組，以線性組件運算放大器取代電磁放大器件。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計算機技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進(jìn)入了數(shù)字式。在前一次技術(shù)更新中，電氣系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計仍采用經(jīng)典控制理論的方法。而后的一次技術(shù)更新是設(shè)計思想和理論概念上的一個飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的接狗和性能也隨之改觀。在整個電氣自動化系統(tǒng)中，電力拖動及調(diào)速系統(tǒng)是其中的

17、核心部分。</p><p>　　在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電路調(diào)節(jié)器的輸入，在用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為PWM的控制電壓。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流在里面是內(nèi)環(huán)，按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計。為獲得良好的動、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對系統(tǒng)進(jìn)行了校正。檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)速

18、環(huán)則是采用了測速電機進(jìn)行檢測，達(dá)到了比較理想的檢測效果。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言5</b></p><p>　　1 直流電機PWM-M調(diào)速系統(tǒng)6</p><p>　　1.1直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)6</p><p>

19、　　1.2橋式可逆PWM變換器6</p><p>　　1.3UPE環(huán)節(jié)的電路波形分析7</p><p><b>　　2 電路設(shè)計8</b></p><p>　　2.1 PWM主電路設(shè)計8</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)速檢測電路9</p><p>　　2.3 電流反饋電路9</p

20、><p>　　2.4 集成脈寬調(diào)制電路設(shè)計10</p><p>　　2.5驅(qū)動電路10</p><p>　　2.6 ASR與ACR設(shè)計12</p><p>　　2.6.1電流調(diào)節(jié)器電路設(shè)計12</p><p>　　2.6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路設(shè)計12</p><p>　　3 ASR與ACR設(shè)

21、計13</p><p>　　3.1 ACR設(shè)計13</p><p>　　3.1.1調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定13</p><p>　　3.2 ASR設(shè)計15</p><p>　　3.2.1 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定16</p><p><b>　　4 系統(tǒng)仿真17</b></p><

22、p>　　4.1 Simulink仿真步驟17</p><p>　　4.2雙閉環(huán)仿真模型17</p><p>　　4.3仿真結(jié)果18</p><p><b>　　5 總結(jié)20</b></p><p><b>　　6 參考文獻(xiàn)21</b></p><p>　　1

23、直流電機PWM-M調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　1.1直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　整個系統(tǒng)上采用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為PWM的控制電壓。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計。為獲得良好的動、靜態(tài)

24、品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對系統(tǒng)進(jìn)行了校正。檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)速環(huán)則是采用了測速電機進(jìn)行檢測，達(dá)到了比較理想的檢測效果。主電路部分采用了以GTR為可控開關(guān)元、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。控制PWM脈沖波形，通過調(diào)節(jié)這兩路波形的寬度來控制H電路中對電機速度的控制。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如上圖所示，其中UPE是電力電子器件組成的變換器，其輸入接

25、三相交流電源，輸出為可控的直流電壓。對于中】小容量系統(tǒng)，多采用有IGBT或P_mosfet組成的PWN變換器；對于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開關(guān)器件。根據(jù)自動控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。</p><p>　　1.2橋式可逆PWM變換器</p><p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的四個驅(qū)動電壓波形如

26、圖2-1它們的關(guān)系是： 。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng) ，時，電樞電流 沿回路1流通；當(dāng) 時，驅(qū)動電壓反號， 沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流， 。因此， 在一個周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形。 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別是轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM調(diào)制器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲

27、得良好的靜、動態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。</p><p>　　圖1.2橋式可逆PWM變換器電路</p><p>　　1.3UPE環(huán)節(jié)的電路波形分析</p><p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的四個驅(qū)動電壓波形如下。</p><p>　　圖1.3PWM變換器的驅(qū)動電壓波形</p><p>

28、　　它們的關(guān)系是： 。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng) ，晶 體 管 V T 1、 V T4 飽 和 導(dǎo) 通 而 V T 3、 V T2 截 止 ，這時。當(dāng)時，VT1、VT4截止，但VT3、VT4不能立即導(dǎo)通，電樞電流經(jīng)VD2、VD3續(xù)流，這時。在一個周期內(nèi)正負(fù)相間，這時雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖1.2所示。電機的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動電壓正負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時，,則的平均值為正，電機正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈

29、沖相等，，平均輸出電壓為零，則電機停止。</p><p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為</p><p>　　如果定義占空比p=ton/T,電壓系數(shù)y=Ud/Us</p><p>　　則在雙極式可逆變換器中y=2p-1，調(diào)速時，p的可調(diào)范圍為0~1相應(yīng)的y= -1~+1。當(dāng)p>1/2時， y為正，電機正轉(zhuǎn)；當(dāng)p=1/2時， y為負(fù)，電機反轉(zhuǎn)；當(dāng)

30、p=1/2， y=0，電機停止。但電機停止時電樞電壓并不為零。</p><p>　　而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動機的損耗這是雙極式控制的缺點。但它也有好處，在電動機停止時仍然有高頻 微震電流，從而消除了正、反向時靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用。雙極式控制的橋式可 逆PWM變換器有以下優(yōu)點，</p><p&g

31、t;<b>　　1電流一定連續(xù)。 </b></p><p>　　2可使電動機在四象限運行。</p><p>　　3電動機停止時有微震電流，能消除靜摩擦區(qū)。</p><p>　　4低速平穩(wěn)性好，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 </p><p><b>　　2 電路設(shè)計</b>

32、</p><p>　　2.1 PWM主電路設(shè)計</p><p>　　中、小功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用可逆PWM變換器，圖2.1繪制了橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路原理圖，圖中的左半部分是由6個二極管組成的整流器，常采用不可控整流，把電網(wǎng)提供的交流電整流程直流電；中間部分是大電容濾波；右半部分是橋式PWM變換器。</p><p>　　當(dāng)可逆系統(tǒng)進(jìn)入制動狀態(tài)時，直流

33、PWM功率變換器把機械能變?yōu)殡娔芑仞伒街绷鱾?cè)，但由于二極管整流器導(dǎo)電的單向性，電能不可能通過整流器送回交流電網(wǎng)，只能向濾波電容充電，使電容兩端電壓升高，稱作泵升電壓。</p><p>　　圖2.1 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)速檢測電路</p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計要求，測速電機為永磁式測速發(fā)電機，它與電動機同軸安裝，從

34、而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Un，與給定電壓Un 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓輸送給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。測速發(fā)電機的輸出電壓不僅表示轉(zhuǎn)速的大小，還包含轉(zhuǎn)速的方向，測速電路接線圖如圖所示，通過調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。</p><p>　　圖2.2轉(zhuǎn)速檢測電路</p><p>　　2.3 電流反饋電路</p><p>　　在此課程設(shè)計中我們通過霍爾傳感器測量電流，

35、電流檢測電路原理圖如圖2.3所示</p><p>　　圖2.3電流檢測電路</p><p>　　2.4 集成脈寬調(diào)制電路設(shè)計</p><p>　　PWM生成電路如圖2.4所示，SG3524生成的PWM信號經(jīng)過一個非門轉(zhuǎn)為兩路相反的PWM信號，為確保上下兩橋臂不會直通發(fā)生事故 ，中間加入電容驚醒邏輯延時，后面再加上非門和與門構(gòu)成的電路。</p><

36、p>　　圖2.4 PWM生成電路</p><p>　　本設(shè)計采用集成脈寬調(diào)制器SG3524作為脈沖信號發(fā)生的核心元件。根據(jù)主電路中IGBT的開關(guān)頻率，選擇適當(dāng)?shù)腞t、Ct值即可確定振蕩頻率。由初始條件知開關(guān)頻率為8kHZ，可以選擇Rt=12k，Ct=0.01uf。</p><p>　　電路中的PWM信號由集成芯片SG3524產(chǎn)生，SG3524可為脈寬調(diào)制式推挽、橋式、單端及串聯(lián)型SM

37、PS提供全部控制電路系統(tǒng)的控制單元。由它構(gòu)成的PWM型開關(guān)電源的工作頻率可達(dá)100kHZ，適宜構(gòu)成100-500w中功率推挽輸出式開關(guān)電源。SG3524采用是定頻PWM電路，DIP-16型封裝。</p><p><b>　　2.5驅(qū)動電路</b></p><p>　　IGBT 驅(qū)動采用芯片 IR2110,IR2110 采用 14 端 DIP 封裝，引出端排列如圖 2.

38、5 所 示</p><p>　　圖2.5IR2110 管腳圖</p><p>　　它的各引腳功能如下：</p><p>　　腳 1(LO)是低端通道輸出； </p><p>　　腳 2(COM)是公共端；</p><p>　　腳 3(Vss)是低端固定電源電壓；</p><p>　　腳 5(U

39、s)是高端浮置電源偏移電壓；</p><p>　　腳 6(UB)是高端浮置電源電壓；</p><p>　　腳 7(HO)是高端輸出；</p><p>　　腳 9(VDD)是邏輯電路電源電壓；</p><p>　　腳 10(HIN) 、腳 11(SD) 、</p><p>　　腳 12(LIN)均是邏輯輸入；</p

40、><p>　　腳 13(Vss)是邏輯電路地電位端外加電源電壓，其值可以為 0V; 腳 4、腳 8、</p><p>　　腳 14 均為空端。 </p><p>　　IGBT 驅(qū)動電路如圖 11 所示。IR2110 采用 HVIC 和閂鎖抗干擾 CMOS 工藝制作，具 有獨立的高端和低端輸出通道；浮置電源采用自舉電路，其工作電壓可達(dá) 500V , du/dt=±

41、;50V/ns,在 15V 下的靜態(tài)功耗僅有 1.6mW;輸出的柵極驅(qū)動電壓范圍為 10~ 20V,邏輯電源電壓范圍為 5~15V,邏輯電源地電壓偏移范圍為-5V~+5V。IR2110 采用 CMOS 施密特觸發(fā)輸入，兩路具有滯后欠壓鎖定。推挽式驅(qū)動輸出峰值電流≥2A, 負(fù)載為 1000pF 時，開關(guān)時間典型值為 25ns。兩路匹配傳輸導(dǎo)通延時為 120ns,關(guān)斷 延時為 94ns。IR2110 的腳 10 可以承受 2A 的反向電流。

42、</p><p>　　圖2.5-2 IGBT驅(qū)動電路</p><p>　　圖2.5-3 整體集成電路</p><p>　　2.6 ASR與ACR設(shè)計</p><p>　　2.6.1電流調(diào)節(jié)器電路設(shè)計</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，具體結(jié)構(gòu)如下圖。 </p><p>　　圖2

43、.6.1 含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　2.6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路設(shè)計</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，具體結(jié)構(gòu)如下圖。</p><p>　　圖2.6.2 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　3 ASR與ACR設(shè)計</p><p><b>　

44、　3.1 ACR設(shè)計</b></p><p>　　在電流環(huán)中，反電動勢與電流反饋的作用相互交叉，這將給設(shè)計工作帶來麻煩。實際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)遠(yuǎn)小于機電時間常數(shù)，因此，轉(zhuǎn)速的變化旺旺比電流變化慢得多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化較慢的擾動，在電流的瞬變過程中，可以認(rèn)為反電動勢基本不變，這樣在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)是，可以暫不考慮反電動

45、勢變化的動態(tài)影響，得到的電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖如下。</p><p>　　圖3.1-1 忽略反電動勢的動態(tài)影響</p><p>　　如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成U（s）/，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。Ts和Ton比Tl小得多，可以當(dāng)做小慣性群而近似的看做一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為：</p><p>　　則電流環(huán)結(jié)構(gòu)最終簡化成

46、如下圖所示。</p><p>　　圖3.1-2 小慣性環(huán)節(jié)近似處理</p><p>　　3.1.1調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器在第二章中已給出，下面按設(shè)計要求計算電路中的各個參數(shù)。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)</b></p><p><b>　　電流反饋

47、系數(shù)</b></p><p>　　計算調(diào)節(jié)器參數(shù)之前，先根據(jù)電動機的額定參數(shù)計算電動勢系數(shù)，額定狀態(tài)運行下</p><p><b>　　于是可得。</b></p><p><b>　　確定時間常數(shù)</b></p><p>　　1. 整流裝置滯后時間常數(shù)Ts，三相橋式電路的平均失控時間Ts

48、=0.0017.</p><p>　　2.電流濾波時間常數(shù)Ton，三相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1~2）Toi=3.33ms，因此Toi=2ms=0.002s。</p><p>　　3.電流環(huán)小時間常數(shù)之和，按小時間常數(shù)近似處理，取。</p><p><b>　　選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</b></p>

49、<p>　　根據(jù)設(shè)計要求電流超調(diào)量小于5％，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型1型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。選用PI型電流調(diào)節(jié)器，檢查對電源電壓的抗擾性能：，可知是符合要求的。</p><p><b>　　計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：。</p><p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：要求時，應(yīng)取=0.5，因此&

50、lt;/p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為</p><p><b>　　校驗近似條件</b></p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率：</b></p><p>　　校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件</p><p><b>　　滿足近似條件</b>

51、;</p><p>　　校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p&

52、gt;<p>　　按所用的運算放大器取Ro=40，各電阻和電容計算如下：</p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為4.3%<5%,滿足設(shè)計要求</p><p><b>　　3.2 ASR設(shè)計</b></p><p>　　為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)

53、節(jié)器ASR中，現(xiàn)在在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型Ⅱ型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　則轉(zhuǎn)速環(huán)最終簡化的結(jié)構(gòu)圖如下。</p><p>　　圖3.2.1 轉(zhuǎn)速環(huán)簡化結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2.1 調(diào)節(jié)器的

54、參數(shù)整定</p><p><b>　　確定時間常數(shù)</b></p><p>　　1.電流環(huán)時間常數(shù)=0.0074 S</p><p>　　2.轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton。根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取Ton=0.01s</p><p>　　3.轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)，按小時間常數(shù)近似處理，取</p><p>

55、;　　（2）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益</b></p><p><b>　　ASR的比例系數(shù)為</b></p><p><b>　　校驗近似條件</b>&l

56、t;/p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</b></p><p>　　電流環(huán)專遞函數(shù)簡化條件滿足簡化條件</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件滿足條件</p><p>　　計算調(diào)節(jié)器電阻、電容。</p><p>　　按所用的運算放大器取Ro=40，各電阻和電容計算如下：</p&

57、gt;<p><b>　　檢驗轉(zhuǎn)速超調(diào)量</b></p><p><b>　　滿足設(shè)計要求。</b></p><p><b>　　4 系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB 的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿

58、真和分析的一個軟件包，被廣泛用于線性系統(tǒng)，非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Slimulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個簡歷模型方塊圖的圖形用戶接口，更方便更直接。</p><p>　　4.1 Simulink仿真步驟</p><p&

59、gt;　　在MATLAB命令窗口中輸入simulink，點擊進(jìn)入。</p><p>　　打開simulink工具箱，將所需模塊拖入編輯窗口并將其連接。</p><p>　　將涉及的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)輸入哥哥模塊，運行調(diào)試功能，如果無誤后就可以運行系統(tǒng)。</p><p>　　運行后便可以通過模擬示波器觀察波形</p><p>　　4.2雙閉環(huán)仿

60、真模型</p><p>　　圖4.2-1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的仿真模型</p><p>　　圖4.2-2電流調(diào)節(jié)器的仿真模型</p><p>　　圖4.2 雙閉環(huán)的仿真模型</p><p><b>　　4.3仿真結(jié)果</b></p><p>　　圖4.3-1轉(zhuǎn)速給定波形圖</p><p&

61、gt;　　圖4.3-2轉(zhuǎn)速波形圖</p><p>　　圖4.3-3電流給定波形圖</p><p>　　圖4.3-4電樞電流波形圖</p><p>　　圖4.3-5雙閉環(huán)仿真圖</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計我的感受頗多，在正是開始設(shè)計之前，我參考

62、了一些網(wǎng)上的資料，通過對這些設(shè)計方案來開闊自己的思路，最后完成了自己的設(shè)計。</p><p>　　此次課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)的電力電子技術(shù)和電機與拖動的一種檢驗，更是對所學(xué)知識的大融合，站在新的高度看待新的問題，而且也是對自己運用所學(xué)知識的能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計是我明白了自己原來知識還比較欠缺，自己要學(xué)的東西還很多。以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)

63、習(xí)是一個長久的事情。</p><p>　　本設(shè)計中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器串級連接，轉(zhuǎn)速反饋環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。速度調(diào)節(jié)器的輸出即為電流給定，其輸出限幅值即為最大電流給定值。調(diào)整限幅值或調(diào)整電流反饋系數(shù)就可方便的改變最大電流。在起、制過程中，速度調(diào)節(jié)器很快進(jìn)入飽和，輸出限幅值為電流環(huán)提供了最大電流給定，電流調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，在它的調(diào)節(jié)作用下使電流保持在最大值。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)的設(shè)計與調(diào)試是先按

64、內(nèi)環(huán)后外環(huán)的順序進(jìn)行的，因為在動態(tài)過程中可以認(rèn)為外環(huán)對內(nèi)環(huán)幾乎沒有影響，而內(nèi)環(huán)是外環(huán)的一個組環(huán)節(jié)。從快速起動系統(tǒng)的要求出發(fā)，可按典型1型系統(tǒng)設(shè)計電流環(huán)。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，我學(xué)習(xí)與掌握了電力系統(tǒng)拖動的基本原理及其應(yīng)用，對調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法有了較深入的了解。同時也掌握了不少軟件的應(yīng)用比如MATLAB。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&

65、gt;</p><p>　　[1]阮毅、陳伯時。電力拖動自動控制系統(tǒng)。北京：機械工藝出版社，2000</p><p>　　[2]李發(fā)海，王巖電機拖動基礎(chǔ)。第二版。北京：清華大學(xué)出版社2001</p><p>　　[3]張世銘，王振和。直流調(diào)速系統(tǒng)。武漢：華中理工大學(xué)出版社，1993</p><p>　　[4]胡壽松，自動控制原理，長沙：國防科

66、技大學(xué)出版社，1995</p><p>　　[6]王福永。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)PID的設(shè)計，蘇州絲綢工學(xué)院學(xué)報.2001：VOL.21N0.5 35—39</p><p>　　[7]王可恕,IGBT的柵極驅(qū)動。國外電子元器件，1996</p><p>　　[10]吳雄。絕緣柵雙極晶體管及其應(yīng)用。電子與自動化，1994</p><p>　　[11]阮