PWM直流脉宽调速系统 调节器设计.doc

1、沈阳理工大学课程设计报告I目录1 引 言 .12 设计方案的确定及设计所需设备仪器 .22.1 设计方案 .22.1.1 机械负载参数 .22.1.2 主电源参数他励直流电动机的参数 .22.2 所需设备 .23 调节器的电路设计 .43.1 电流调节器 .43.2 转速调节器 .64 其他电路设计原理 .104.1 主电路的设计 .104.2 SG3525 的设计 .114.3 保护电路的设计 .135 课程设计实验结果 .145.1 PWM 控制器 SG3525 性能测试 .145.2 开环系统测试 .145.3 闭环系统测试 .15总结 .19参考文献 .20沈阳理工大学课程设计报告11

2、 引 言直流调速理论基础是经典控制理论，不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性，高智能化特点。同时直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。单闭环直速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足，快速性还不够好。而基于电流和转的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。而且，直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制

3、部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。本文对双闭环可逆直流 PWM 调速系统进了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环沈阳理工大学课程设计报告22 设计方案的确定及设计所需设备仪器自动控制系统的设计一般要经历从“机械负载的调速性能（动、静）电机参数主电路控制方案”（系统方案的确定）“系统设计仿真研究参数整定直到理论实现要求硬件设计制版、焊接、调试”等过程，其中系统方案的确定至关重要 3。为了发挥同学们的主管能动作用，且避免方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数有同学自己选定。2.1 设计方

4、案2.1.1 机械负载参数机械负载为反抗性恒转矩负载，调速范围 D=4；直流发电机：；转动惯量WPN10VUN20AIN5. Nrnmin/10265.mGD2.1.2 主电源参数他励直流电动机的参数可以选择单相交流 220V 供电；变压器二次电压为 67V。 WPN185，过载倍数 。VUN20AIN1. Nrnmin/605.2.2 所需设备1、MCL 32 电源控制屏2、MCL 31 组件3、MCL 10 组件沈阳理工大学课程设计报告34、MEL11 挂箱5、MEL03 三相可调电阻6、电机导轨及测速发电机7、直流电动机 M03，直流发电机 M018、示波器9、万用表10、导线若干沈阳理

5、工大学课程设计报告43 调节器的电路设计3.1 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sToi01.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 3.1 电流调节器 ACR 原理图1、确定时间常数，PWM 装置滞后时间常数： 。电流滤波sTs04.时间常数: 。 ( 和 一般都比 小得多,可以sToi02.sT02.iosioil当作小惯性群近似地看作是一个惯性环节)。沈阳理工大学课程设计报告52、选择电流调节器结构，

6、根据设计要求： ，而且%5i（3.3）102.604.5ilT可按典型型设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的,所以把电流调节器设计成 PI 型的，其传递函数为（3.4）1()iACRsWK式中 电流调节器的比例系数； 电流调节器的超前时间常数。iKi3、选择电流调节器的参数，ACR 超前时间常数 ；电流环开s015.liT环时间增益:要求 ，故应取 ，因此5%ii0.5IKT（3.5）13.284.siI于是，ACR 的比例系数为:（3.6）86.345.10328siIiKR4、校验近似条件电流环截止频率: （3.7）13.208sKIci（1）晶闸管装置传递函数近似条件：（3.8）s

7、T31ic即沈阳理工大学课程设计报告6（3.9）cis sT13.804.31满足近似条件；（2）忽略反电动势对电流环影响的条件：（3.10）,13lmciT即（3.11）cimsT1l 7.540.2131满足近似条件；（3）小时间常数近似处理条件：（3.12）oisciT13即（3.13）ciois sT168.3720.4.131满足近似条件。5、计算调节器电阻和电容调节器输入电阻为 ，各电阻和电容值kR40计算如下：取 （3.14）,2.1854063.0kRKii 185，取 （3.15）.185.63FCii F0.沈阳理工大学课程设计报告7，取 （3.16）FRTCoii 2.0

8、1042.630.3.2 转速调节器转速反馈电路如图 3.3 所示，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sTon05.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。图 3.2 转速调节器 ASR 原理图1、确定时间常数（1）电流环等效时间常数： （3.17）s048.2.2iT（2）转速滤波时间常数： （3.18）son05.沈阳理工大学课程设计报告8（3）转速环小时间常数近似处理： （3.19）sTomin098.22、选择转速调节器结构按跟随和抗扰性能都能较好的原则,在负载扰动点后已经有了一个积分环节,为了实现

9、转速无静差,还必须在扰动作用点以前设置一个积分环节,因此需要由设计要求，转速调节器必须含有积分环节，故按典型型系统选用设计 PI 调节器，其传递函数为（3.20）1()nASRsWK3、选择调节器的参数根据跟随性和抗干扰性能都较好的原则取 ，则 ASR 超前时间常数为5h（3.21）shTn049.转速开环增益：（3.22）222 50.1908.561ssThKnNASR 的比例系数：（3.23）96.408.5.22136)1( nmenRThCK4、近似校验转速截止频率为：（3.24）11 58.049.51sKnNcn（1）电流环传递函数简化条件： 沈阳理工大学课程设计报告9（3.25

10、）icnT51现在（3.26）cni sT 13.8024.51满足简化条件。（2）小时间常数近似处理条件：（3.27）onicnT213现在（3.28）cnoniT 04.685.024.13213满足近似条件。5、计算调节器电阻和电容调节器输入电阻 ，则kR40，取 200 （3.29）kKn 4.19896.0 k，取 0.2 （3.30）FRCn 25.024.63，取 0.5 （3.31）Ton .1045.6306、检验转速超调量当 h=5 时，查表得， =37.6%，不能满足设计要求。实际上，由于这是按n线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR 饱和，不符合线性系统的前提，应该按 ASR 退饱和的情况重新计算超调量 2。