課程設(shè)計(jì)---直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)題目：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：本次設(shè)計(jì)采用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，H型PWM逆變器，雙極性控制，具體結(jié)構(gòu)：主電路由單相不可控整流濾波接H橋逆變器，逆變器輸出控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)；控制電路主要是由單相電源降壓作為三端穩(wěn)壓芯片的輸入，±15V穩(wěn)壓芯片輸出接變阻器作為給定，給定接ASR接ACR，ACR輸出作為SG3525的輸入，3525采用單極性輸出方式，輸出

2、分兩路，一路經(jīng)死區(qū)延時(shí)作為兩個(gè)光耦TLP250的輸入，另一路經(jīng)邏輯非經(jīng)死區(qū)延時(shí)作為另外兩個(gè)光耦的輸入，兩路光耦分別控制一個(gè)對(duì)角的橋臂形成系統(tǒng)主要成分。另外系統(tǒng)還包含了啟動(dòng)電阻、電流轉(zhuǎn)速的輸出檢測(cè)、開(kāi)關(guān)管的RCD保護(hù)、泵升電壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程先用simulink進(jìn)行仿真確定方案的可行性后設(shè)計(jì)主電路。</p><p>　　關(guān)鍵詞：整流、雙閉環(huán)系統(tǒng)、雙極性控制、SG3525、保護(hù)、simulink仿真、<

3、/p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)·························

4、83;····································&

5、#183;·····（4）</p><p>　　方案選擇··························

6、;···································（5）</p

7、><p>　　1.1系統(tǒng)控制方案選擇································

8、·················（5）</p><p>　　1.2直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法選擇·············

9、;····························（5）</p><p>　　1.3電機(jī)電樞直流電源選擇··

10、····································

11、3;······（6）</p><p>　　1.4 逆變器的選擇························&#

12、183;···························（6）</p><p>　　1.5選擇SG3523和雙極性控制的理由·&#

13、183;··································（6）</p>

14、;<p>　　第二章 參數(shù)測(cè)試·································

15、···························（7）</p><p>　　1．PWM 直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主電路總電阻R 和電樞電阻Ra 的測(cè)定

16、。············（8）</p><p>　　2．PWM電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主電路總電感L的測(cè)定·················

17、;··············（8）</p><p>　　3.主電路電磁時(shí)間常數(shù)Tl的值···············

18、3;·························（8）</p><p>　　4.電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)組的飛輪慣量 的平均值···

19、3;······················（8）</p><p>　　5．測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)系數(shù)Ce 和轉(zhuǎn)矩系數(shù)Cm······

20、···················（8）</p><p>　　6．測(cè)定PWM 直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm·········&#

21、183;················（8）</p><p>　　7. 測(cè)定PWM 變換器輸入輸出控制特性和測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變換特性··········&#

22、183;（9）</p><p>　　參數(shù)計(jì)算及Simulink仿真·····························&

23、#183;···············（9）</p><p>　　3.1關(guān)于電機(jī)參數(shù)的計(jì)算··············

24、83;·······························（9）</p><p>　　3.2電流

25、調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)···································&

26、#183;········（10）</p><p>　　3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的設(shè)計(jì)·····················

27、···················（11）</p><p>　　3.4 Simulink模擬仿真及結(jié)果分析·········

28、3;···························（13） </p><p>　　3.5 pwm發(fā)生器的設(shè)計(jì)··&#

29、183;····································

30、········（13） </p><p>　　3.6 ASR，ACR控制算法的設(shè)計(jì) ····················

31、3;··················（14）</p><p>　　3.7直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型···········&

32、#183;··························（15）</p><p>　　3.8仿真所得參數(shù)的分析···&#

33、183;····································

34、······（16）</p><p>　　3.9系統(tǒng)的抗擾性分析························&#

35、183;·······················（18）</p><p>　　硬件設(shè)計(jì)········

36、;····································

37、83;···············（20）</p><p>　　4.1主電路 ···············

38、83;····································&

39、#183;···（20）</p><p>　　4.2 控制電路···························

40、·····························（23）</p><p>　　數(shù)字實(shí)現(xiàn)··

41、83;····································&

42、#183;····················（26）</p><p>　　5.1數(shù)字芯片選擇··········

43、;····································

44、83;······（26）</p><p>　　5.2控制流程圖························&#

45、183;······························（27）</p><p>　　調(diào)試結(jié)果·

46、;····································

47、83;······················（28）</p><p>　　小結(jié)·········&#

48、183;····································

49、··················（31）</p><p>　　參考文獻(xiàn)·············

50、83;····································&

51、#183;················（31）</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.

52、已知條件及控制對(duì)象的基本參數(shù)</p><p>　　(1)電動(dòng)機(jī)參數(shù)：額定功率， 額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，過(guò)載系數(shù)。勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁電流。</p><p><b>　　(2)設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　系統(tǒng)無(wú)靜差、電流超調(diào)量、可逆運(yùn)行?？蛰d啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。</p><p><b>　

53、　1）．主電路設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)出主電路（整流、濾波、H 型PWM 變換器、起動(dòng)電阻選擇、勵(lì)磁電路）及RCD保護(hù)環(huán)節(jié)，利用圖、表、公式等對(duì)工作原理和器件選型進(jìn)行說(shuō)明；</p><p>　　2）．控制電路設(shè)計(jì)：</p><p>　　（1）控制電路框圖設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）控制電路框圖中各控制單元的原

54、理圖設(shè)計(jì)，并說(shuō)明設(shè)計(jì)依據(jù)及其工作原理；包括：</p><p>　　① 給定器G、速度調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR、零速封鎖器DZS，低壓電源（+5V、</p><p>　　±12V、±15V），利用圖、表、公式等對(duì)工作原理和器件選型進(jìn)行說(shuō)明；</p><p>　　② 電流檢測(cè)與變換、速度檢測(cè)與變換、泵升電壓與過(guò)流保護(hù)，驅(qū)動(dòng)電路（脈寬控制、<

55、;/p><p>　　死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生、隔離與驅(qū)動(dòng)信號(hào)），利用圖、表、公式等對(duì)工作原理和器件選型進(jìn)行</p><p><b>　　說(shuō)明。</b></p><p>　　(3)（附加）數(shù)字實(shí)現(xiàn)：A/D、D/A、CPU選擇，程序流程框圖</p><p><b>　　第一章 方案選擇</b></p>&

56、lt;p>　　1.1系統(tǒng)控制方案選擇</p><p>　　方案一：?jiǎn)伍]環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　采用單閉環(huán)的速度反饋調(diào)節(jié)時(shí)晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的電流脈動(dòng)會(huì)帶來(lái)各種影響,主要有:(1) 脈動(dòng)電流產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利; (2)脈動(dòng)電流(斜波電流) 流入電源,對(duì)電網(wǎng)不利,同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。并且晶閘管整流電路的輸出電壓中除了直流分量外,還含有交流分量。把交流分量引到運(yùn)算放大

57、器輸入端,不僅不起正常的調(diào)節(jié)作用,反而會(huì)產(chǎn)生干擾,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成放大器局部飽和,從而破壞系統(tǒng)的正常工作。如圖所示。</p><p><b>　　方案一原理框圖</b></p><p>　　方案二：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　采用雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)方法，雖然相對(duì)成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，既保證了穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定，同時(shí)也兼顧了啟動(dòng)

58、時(shí)啟動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在啟動(dòng)過(guò)程電流環(huán)控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過(guò)載能力的條件下獲得最佳過(guò)渡過(guò)程，之后轉(zhuǎn)速環(huán)控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)，很好的滿足了生產(chǎn)需求。該方案的原理框圖如圖所示。</p><p><b>　　方案二原理框圖</b></p><p>　　因此選擇雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　1.2直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法選擇 

59、 （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種方法最好。變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源 （2）改變電動(dòng)機(jī)主磁通。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡(jiǎn)稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較

60、慢，但所需電源容量小。 （3）改變電樞回路電阻R。在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒(méi)什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。</p><p>　　改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速

61、以上作小范圍的升速。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。因此，本次設(shè)計(jì)選擇調(diào)壓調(diào)速。</p><p>　　1.3電機(jī)電樞直流電源選擇</p><p>　　直流電源采用不可控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高，因此選擇不可控整流。三相整流直流輸出達(dá)500多伏，單相整流直流輸出300V左右。三相整流輸出起伏較單相整流小，相當(dāng)于輸出前已經(jīng)有個(gè)濾波效果。但本

62、次設(shè)計(jì)電機(jī)額定電壓為220V，功率僅為170W，用三相整流涉及降壓?jiǎn)栴}，用單相整流可以使控制精度更高，因此選擇單相不可控整流。</p><p>　　1.4 逆變器的選擇</p><p>　　可逆PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式有T型和H型兩種，其基本電路如圖2-3所示，圖中（a）為T(mén)型PWM變換器電路，（b）為H型PWM變換器電路。</p><p>　　圖1-1 可逆

63、PWM變換器電路 </p><p>　　（a）T型　　 （b）H型</p><p>　　T型電路由兩個(gè)可控電力電子器件和與兩個(gè)續(xù)流二極管組成，所用元件少，線路簡(jiǎn)單，構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)便于引出反饋；但是T型電路需要正負(fù)對(duì)稱的雙極性直流電源，適用于作為電壓低于50V的電動(dòng)機(jī)的可控電壓源，電路中的電力電子器件要求承受兩倍的電源電壓，在相同的直流電源電壓

64、下，其輸出電壓的幅值為H型電路的一半。H型電路是實(shí)際上廣泛應(yīng)用的可逆PWM變換器電路，它由四個(gè)可控電力電子器件和四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路，這種電路只需要單極性電源，所需電力電子器件的耐壓相對(duì)較低。因此，本次設(shè)計(jì)選擇H型電路。</p><p>　　1.5選擇SG3523和雙極性控制的理由</p><p>　　脈寬調(diào)制器UPW采用美國(guó)硅通用公司（Silicon General）的第二代產(chǎn)品

65、SG3525，它的輸出級(jí)采用推挽電路，雙通道輸出，每一通道的驅(qū)動(dòng)電流最大值達(dá)500mA，能夠直接驅(qū)動(dòng)功率GTR和功率MOSFET，其工作頻率高達(dá)400kHz，具有欠壓關(guān)斷、可編程軟啟動(dòng)等特點(diǎn)。SG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。由于它簡(jiǎn)單、可靠及使用方便靈活，大大簡(jiǎn)化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試，因而被廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、電機(jī)調(diào)速等控制電路中。</p><p>　　圖1-2 SG3

66、525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖1-3 SG3525引腳圖 圖1-4 單端輸出</p><p>　　雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　　1）電流一定連續(xù)；</b></p><p>　　2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行；</p>

67、;<p>　　3）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)；</p><p>　　4）低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 </p><p><b>　　第二章 參數(shù)測(cè)試</b></p><p>　　1．PWM 直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主電路總電阻 和電樞電阻的測(cè)定。</p><p&g

68、t;　　主電路總電阻R 包括直流電動(dòng)機(jī)的電樞電阻 和PWM 變換電路的內(nèi)阻，即</p><p><b>　　主電路總電阻R</b></p><p>　　PWM 變換電路的內(nèi)阻</p><p>　　電動(dòng)機(jī)電樞電阻Ra 則可由下式求得</p><p>　　2．PWM電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主電路總電感L的測(cè)定</p><

69、;p><b>　　電樞電感</b></p><p>　　3.主電路電磁時(shí)間常數(shù)Tl的值</p><p>　　4.電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)組的飛輪慣量 的平均值</p><p>　　5．測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)系數(shù)Ce 和轉(zhuǎn)矩系數(shù)Cm。</p><p>　　6．測(cè)定PWM 直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm</p>&

70、lt;p>　　7. 測(cè)定PWM 變換器輸入輸出控制特性Ud=f(Uc) 和測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變換特性</p><p>　　UTG = f(n) 。</p><p>　　U/n=0.0055</p><p>　　Ts=0.0564ms</p><p>　　第三章 參數(shù)計(jì)算及Simulink仿真</p><p>　　本次

71、設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　3.1關(guān)于電機(jī)參數(shù)的計(jì)算</p><p><b>　　額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩：</b></p><p><b>　　(3-1-1)</b></p><p>　　電樞電阻： 電樞電感： 勵(lì)磁電流： </p><p><b>　　勵(lì)

72、磁電阻：</b></p><p><b>　　(3-1-2)</b></p><p><b>　　(3-1-3)</b></p><p>　　電樞繞組和勵(lì)磁繞組互感:</p><p><b>　　(3-1-4)</b></p><p><

73、;b>　　電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b></p><p><b>　　(3-1-5)</b></p><p><b>　　控制算法的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)</p><p>　　晶閘管裝置放大系數(shù)：</p><p><b&

74、gt;　　電樞回路總電阻：；</b></p><p><b>　　時(shí)間常數(shù) </b></p><p>　　電流反饋系數(shù)與轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)</p><p>　　， (3-2-1)</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量</p><p><b>

75、　?。?）確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　電流濾波時(shí)間常數(shù) </p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和，按小時(shí)間常數(shù)近似處理</p><p>　　取。 (3-2-2)</p><p>

76、　　（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求σi≤5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此用PI型電流調(diào)節(jié)器。</p><p>　?。?）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：。</p><p>　　電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：取，</p><

77、;p><b>　　(3-2-3)</b></p><p><b>　　ACR的比例系數(shù)為</b></p><p><b>　　(3-2-4)</b></p><p><b>　　ACR的積分系數(shù)為</b></p><p><b>　　(3-

78、2-5)</b></p><p><b>　?。?）檢驗(yàn)近似條件</b></p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率：</b></p><p>　　校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件</p><p>　　滿足近似條件 (3-2-6) </p><p>

79、;　　校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件</p><p>　　滿足近似條件 (3-2-7)</p><p>　　校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件</p><p>　　滿足近似條件 (3-2-8)</p><p>　　計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　按所用運(yùn)算放大器,各電阻和電容值計(jì)算如下：&

80、lt;/p><p><b>　　(3-2-9)</b></p><p><b>　　(3-2-10)</b></p><p><b>　　(3-2-11)</b></p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 滿足設(shè)計(jì)要求 </p>&l

81、t;p>　　3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）確定時(shí)間常數(shù):</p><p>　　電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI。</p><p>　　，則 (3-3-1)</p><p>　　轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)最小時(shí)間常數(shù)，按

82、小時(shí)間常數(shù)近似處理，</p><p>　　s (3-3-2)</p><p>　?。?）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu):</p><p>　　選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求,選用PI調(diào)節(jié)器。</p><p>　?。?）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：</p><p>　　按跟隨和抗擾性能較好的原則，取h=5.<

83、/p><p>　　則ASR超前時(shí)間常數(shù)為 (3-3-3)</p><p>　　由上式可得轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益:</p><p><b>　　(3-3-4)</b></p><p>　　ASR的比例系數(shù)為:</p><p><b>　　(3-3-5)</b></p>

84、<p>　　ASR的積分系數(shù)為：</p><p><b>　　(3-3-6)</b></p><p><b>　　（4）檢驗(yàn)近似條件</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</b></p><p><b>　　(3-3-7)</b&g

85、t;</p><p>　　1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件</p><p>　　滿足近似條件 (3-3-8)</p><p>　　2)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件</p><p>　　滿足近似條件 (3-3-9)</p><p>　　計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p>&l

86、t;p>　　按所用運(yùn)算放大器,各電阻和電容值計(jì)算如下</p><p><b>　　(3-3-10)</b></p><p><b>　　(3-3-11)</b></p><p><b>　　(3-3-12)</b></p><p><b>　　校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量&l

87、t;/b></p><p><b>　　(3-3-13)</b></p><p><b>　　能滿足設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　3.4 Simulink模擬仿真及結(jié)果分析</p><p>　　主電路采用220V的交流電進(jìn)行供電，經(jīng)過(guò)整流濾波成為穩(wěn)定的直流電，利用H橋?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的可逆運(yùn)行

88、?？刂齐娐凡捎棉D(zhuǎn)速外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，參數(shù)由第二章算得，利用simulink構(gòu)建模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證參數(shù)的正確性。</p><p>　　圖3-1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型</p><p>　　把所計(jì)算得到的參數(shù)進(jìn)行simulink初步的仿真驗(yàn)證</p><p>　　3.5 pwm發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p>　　Pwm發(fā)生器采用幅

89、值為1的三角波（載波）進(jìn)行調(diào)制，死區(qū)延時(shí)1us，pwm波頻率20k。</p><p>　　圖3-2 帶死區(qū)延時(shí)的pwm波發(fā)生器</p><p>　　3.6 ASR，ACR控制算法的設(shè)計(jì) </p><p>　　圖3-3帶積分飽和和輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器</p><p>　　ASR，ACR環(huán)節(jié)均采用此PI調(diào)節(jié)器其中A

90、SR的限幅值與積分飽和值均?。ǜ鶕?jù)最大電流為1.5A反饋系數(shù)為2V/A），ACR的限幅值與積分飽和值均?。ǜ鶕?jù)電樞電壓為220V，放大系數(shù)為94.125）</p><p>　　3.7直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　圖3-5 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　3.8仿真所得參數(shù)的分析</p><p>　　在0.1

91、5s的時(shí)候施加給正定信號(hào)+7,在0.8s是施加付給定信號(hào)-7得到以下波形圖</p><p>　　圖3-6電機(jī)轉(zhuǎn)速電樞電流計(jì)給定信號(hào)的波形圖</p><p>　　圖3-7電樞電流波形圖</p><p>　　圖3-8電樞電流的峰值局部放大圖</p><p>　　由上圖可得電流的超調(diào)量符合要求</p><p>　　圖3-9電

92、機(jī)轉(zhuǎn)速波形圖</p><p>　　由上圖可得電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間為0.475s</p><p>　　圖3-10電機(jī)轉(zhuǎn)速峰值局部放大圖</p><p>　　由上圖可得轉(zhuǎn)速的超調(diào)量 符合設(shè)計(jì)要求</p><p>　　3.9系統(tǒng)的抗擾性分析</p><p>　　電機(jī)不帶載啟動(dòng)在0.8s時(shí)電機(jī)突加負(fù)載，然后在1.2s是突降負(fù)載進(jìn)行

93、仿真得到以下波形圖</p><p>　　圖3-11電機(jī)抗擾能力分析圖</p><p><b>　　局部放大圖</b></p><p>　　電機(jī)啟動(dòng)最大轉(zhuǎn)速為1421(r/min)在0.8s是突加負(fù)載轉(zhuǎn)速降到1385(r/min)但在0.82s時(shí)又恢復(fù)到了1400(r/min)在1.2s時(shí)突降負(fù)載轉(zhuǎn)速超調(diào)的1415(r/min)在1.22s時(shí)轉(zhuǎn)速

94、又恢復(fù)到了1400(r/min)綜上所述系統(tǒng)的抗擾能力良好</p><p><b>　　第四章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1、主電路 </p><p><b>　　4.1.1整流</b></p><p>　　采用單相全橋不可控整流電路（三相整流之后電壓太高，需降壓或PWM控制范圍

95、小，精度低）</p><p><b>　　二極管參數(shù)選擇：</b></p><p>　　二極管承受最大反向電壓為，流過(guò)每個(gè)二極管的電流有效值最大為，都取2倍左右裕量，選擇二極管型號(hào):1N5406硅整流二極管，600V，3A</p><p>　　4.1.2 H型PWM變換器</p><p>　　逆變器采用MOSFET構(gòu)成H

96、型雙極式控制可逆PWM變換，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且轉(zhuǎn)速為0時(shí)電流仍起伏變化，使電機(jī)從正反變化時(shí)能平滑過(guò)渡，起到了潤(rùn)滑油的作用。</p><p><b>　　MOS管參數(shù)選擇：</b></p><p>　　MOS管承受最大電壓為整流二次側(cè)電壓311V，承受最大電流為保護(hù)電流2A，都取2倍左右裕量，MOS管型號(hào)：IRF842F1，500V，4A，耗散功率40W，導(dǎo)通電阻1.1

97、Ω，，開(kāi)關(guān)總時(shí)間小于50us，頻率可以到達(dá)20k。續(xù)流二極管可選擇快恢復(fù)二極管FR205，耐壓600V，恢復(fù)時(shí)間250ns</p><p>　　4.1.3 濾波電容</p><p>　　電源頻率 負(fù)載功率取</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　(2-1-2)</

98、b></p><p><b>　　電容充電時(shí)間：</b></p><p><b>　　(2-1-3) </b></p><p><b>　　濾波電容：</b></p><p><b>　　(2-1-4)</b></p><p&g

99、t;　　綜上所述電容可取660uF</p><p>　　根據(jù)電容參數(shù)并采用simulink仿真</p><p>　　Simulink仿真圖</p><p><b>　　得到以下波形</b></p><p>　　因?yàn)镾G3525發(fā)出的pwm的占空比最好在根據(jù)公式可得觀察電壓波形可得電壓最大值為310.2V 最小值為289.

100、5V 平均值為303V 可知在任何時(shí)刻都大于所以該電容取值可用</p><p>　　4.1.4 RCD保護(hù)</p><p>　　根據(jù)李愛(ài)文老師的現(xiàn)代逆變技術(shù)一書(shū)，，，R的功率，根據(jù)所選MOS管的，得C=0.24uf，取0.22uf；得R=22.72Ω~13.63Ω，取20Ω；得P=212.79W，?。欢O管可選擇快恢復(fù)二極管FR205，耐壓600V，恢復(fù)時(shí)間250ns</p>

101、<p><b>　　4.1.5啟動(dòng)電阻</b></p><p>　　浪涌電流為Vin/Rin，所選整流二極管最大耐流值為3A，單項(xiàng)整流電壓Vin為311V，則選取120Ω的啟動(dòng)電阻；設(shè)置一個(gè)電位，低于該電位時(shí)線圈得電吸合斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，將啟動(dòng)電阻串入電路限流；高于該點(diǎn)位時(shí)表示電容充電差不多了，則線圈失電閉合開(kāi)關(guān)，將啟動(dòng)電阻斷掉。</p><p><b&g

102、t;　　4.1.6勵(lì)磁電路</b></p><p>　　以輸入的單相電源作為電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁，避免電機(jī)運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁失電造成飛車</p><p><b>　　4.1.7過(guò)壓保護(hù)</b></p><p>　　在干路并聯(lián)壓敏電阻TVR10391，當(dāng)電壓超過(guò)390V時(shí)壓敏電阻電阻值降低導(dǎo)通大量電流來(lái)保護(hù)功率器件</p><p&

103、gt;<b>　　4.2 控制電路</b></p><p>　　4.2.1脈寬控制、死區(qū)時(shí)間、隔離與驅(qū)動(dòng)</p><p>　　SG3525采用單端輸出（振蕩頻率f=1/((0.7RT+3RD)*CT)），頻率取20kHz使其無(wú)噪聲，則取CT=0.1uf，RT=30Ω，RD=160Ω；16端輸出5V經(jīng)分壓得到一個(gè)電位輸入到9端，使占空比為50%，則總輸入為給定電位加設(shè)置

104、電位，實(shí)現(xiàn)正負(fù)給定對(duì)應(yīng)50%上下的占空比，電樞電壓為相應(yīng)的正負(fù)電壓。輸出分兩路，經(jīng)過(guò)延時(shí)電路（產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間，公式τ=RC=1us），電容取0.01uf，電阻取100Ω，一路直接作為兩個(gè)光耦的輸入，另一路接非門(mén)作為另兩個(gè)光耦（隔離與驅(qū)動(dòng)）的輸入，四個(gè)光耦分別輸出PWM波控制四個(gè)橋臂</p><p>　　4.2.2 給定器G 和低壓正負(fù)電源</p><p>　　單相電源輸入經(jīng)有中心抽頭的變壓器

105、降壓至22V（所選三端穩(wěn)壓芯片輸入電壓最大35V,最小輸入要高于輸出3~4V），經(jīng)過(guò)整流橋，以中心抽頭為參考地，整流橋輸出正負(fù)電壓經(jīng)濾波作為三端穩(wěn)壓器（7805、7905、7812、7912、7815、7915）的輸入，5V的三端穩(wěn)壓器輸出分別經(jīng)變阻器分壓作為正負(fù)電壓的給定</p><p><b>　　4.2.3過(guò)流保護(hù)</b></p><p>　　采用干路采樣電阻兩

106、端的電位與設(shè)定的電位比較，當(dāng)過(guò)流時(shí)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)給SG3525的9端輸入高電平使其停止工作，并且使空氣開(kāi)關(guān)線圈得電斷開(kāi)主電路</p><p><b>　　4.2.4泵升電壓</b></p><p>　　采用總電路分壓得到的電位與設(shè)定的電位比較，當(dāng)泵升電壓產(chǎn)生，分壓點(diǎn)位大于給定點(diǎn)位時(shí)控制MOS管使一電阻并聯(lián)在主電路來(lái)消耗反饋電能</p><p>

107、;　　4.2.5電流檢測(cè)與變換，速度檢測(cè)與變換</p><p>　　電流檢測(cè)使用霍爾傳感器，輸出電壓加-2.5V作為放大器輸入（霍爾傳感器輸出為 2.5V±0.625V，此時(shí)輸出0V對(duì)應(yīng)電流0A），放大10倍后輸出分壓得到正比于電流的電壓；</p><p>　　速度檢測(cè)用測(cè)速發(fā)電機(jī)，輸出電壓Utg與轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系（本次設(shè)計(jì)7V對(duì)應(yīng)1400轉(zhuǎn)）</p><p&

108、gt;<b>　　ASR、ACR </b></p><p>　　給定電壓Ug與測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電位作為ASR的輸入，ASR 的輸出與霍爾傳感器輸出的電流負(fù)反饋電壓作為ACR的輸入，ACR的輸出作為SG3525的輸入，電位輸入前均經(jīng)過(guò)濾波；比例電阻與積分電容均用可調(diào)器件進(jìn)行微調(diào)，另外增加限幅電位器來(lái)限制ACR和ASR的輸出，電機(jī)最大電流為1.5A，則ASR輸出限幅設(shè)置為±

109、3V，控制SG3525的PWM波在，則ACR輸出限幅設(shè)置為±2.8V。第三章控制器設(shè)計(jì)已給出具體參數(shù)計(jì)算。</p><p><b>　　第五章 數(shù)字實(shí)現(xiàn)</b></p><p><b>　　5.1數(shù)字芯片選擇</b></p><p>　　控制芯片可選擇STC12C5A60S2，它自帶AD功能和PWM波發(fā)送功能。本

110、次控制設(shè)計(jì)只涉及到AD采樣和PWM波輸出，這款單片機(jī)很好地符合了要求</p><p><b>　　控制電路</b></p><p>　　控制設(shè)計(jì)為不同AD口（P1口）分別采樣正反轉(zhuǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速電流反饋電壓，判斷是否過(guò)流過(guò)壓以給予相應(yīng)保護(hù)，然后根據(jù)給定電位和所采集的轉(zhuǎn)速電流反饋電位，經(jīng)過(guò)內(nèi)部計(jì)算由P1.3和P1.4口輸出具有死區(qū)時(shí)間的互補(bǔ)的有相應(yīng)占空比的PWM波來(lái)控制H橋