電拖課程設(shè)計(jì)--轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p><b>  課程設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>  題 目 名 稱 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>  課 程 名 稱 電力拖動(dòng)基礎(chǔ) </p><p>  學(xué) 生 姓 名

2、 </p><p>  學(xué) 號(hào) </p><p>  系 、專 業(yè) 電氣工程系、11自動(dòng)化 </p><p>  指 導(dǎo) 教 師

3、 </p><p>  2014年 1月3日</p><p>  課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書</p><p>  注: 1.此表由指導(dǎo)教師填寫,經(jīng)系、教研室審批,指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效;</p><p>  2.此表1式3份,學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。</p><p>  指導(dǎo)教師(簽字):

4、 學(xué)生(簽字):</p><p><b>  摘 要</b></p><p>  直流電機(jī)由于具有速度控制容易,啟、制動(dòng)性能良好,且在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點(diǎn)而在冶金、機(jī)械制造、輕工業(yè)等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。直流時(shí)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可以分為兩類,即勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。本文主要研究直流調(diào)速系統(tǒng),它主要由三部分組成,包括控制部分、功率部分、

5、直流電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái),直流電動(dòng)機(jī)因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比較靈活、方法簡(jiǎn)單等特點(diǎn),一直在傳動(dòng)領(lǐng)域占有統(tǒng)治地位。 </p><p>  本文對(duì)雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了較深入的研究,從直流調(diào)整系統(tǒng)原理出發(fā),逐步建立了閉環(huán)直流PWM調(diào)整系統(tǒng)的模型。 </p><p>  關(guān)鍵詞:雙閉環(huán);PWM;轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器;電流調(diào)節(jié)器 </p><p>&l

6、t;b>  目錄</b></p><p><b>  摘要Ⅰ</b></p><p>  1 MATLAB 基礎(chǔ)知識(shí)1</p><p>  1.1 MATLAB簡(jiǎn)介1</p><p>  1.2 MATLAB環(huán)境1</p><p><b>  2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

7、2</b></p><p>  2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)2</p><p>  2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)和條件.2</p><p>  2.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容和數(shù)據(jù)資料2</p><p><b>  3任務(wù)分析3</b></p><p>  3.1選擇PWM控制系統(tǒng)的理由3&l

8、t;/p><p>  3.2采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由3</p><p>  4主電路方案和控制系統(tǒng)確定5</p><p>  4.1 PWM 變換器的選用6</p><p>  4.2傳感器以及測(cè)速發(fā)電機(jī)的選用.6</p><p>  4.3驅(qū)動(dòng)電路選用7</p><p>  4.4

9、調(diào)節(jié)器的選擇7</p><p>  4.5脈寬調(diào)制器選用8</p><p>  5 主電路的原理9</p><p>  5.1調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形9</p><p>  6雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)10</p><p>  6.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)10</p><p>  6.2

10、轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)11</p><p>  6.3負(fù)反饋單元13</p><p>  7 系統(tǒng)的MATLAB仿真14</p><p>  7.1系統(tǒng)的仿真模型14</p><p>  7.2仿真輸出波線曲線圖14</p><p><b>  總結(jié)15</b></p>&l

11、t;p><b>  參考文獻(xiàn)16</b></p><p>  1 MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>  1.1 MATLAB簡(jiǎn)介</p><p>  美國(guó)的CleveMoler 博士建立了MATLAB (Matrix Laboratory 的縮寫),即矩陣驗(yàn)室,早期開發(fā)MATLAB軟件是為了幫助老師和學(xué)生更好的學(xué)習(xí)和授課,二十余年

12、的不斷升級(jí),目前MATLAB 最新版本為ATLABR2008a。</p><p>  由于使用MATLAB 編程運(yùn)算比較容易掌握,用MATLAB 編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問。在這個(gè)環(huán)境下,對(duì)所要求解的問題,用戶只需簡(jiǎn)單地列出數(shù)學(xué)表達(dá)式,其結(jié)果便會(huì)由MATLAB以數(shù)值或圖形方式顯示出來(lái)。從MATLAB誕生開始,由于其高度的集成性和應(yīng)用的方便性,以及它能非常快捷地實(shí)現(xiàn)科研人員的設(shè)想并節(jié)省科研時(shí)間,在高校

13、中得到了廣泛的應(yīng)用于推廣。它可以很方便地進(jìn)行圖形化輸入輸出,同時(shí),具有豐富的函數(shù)庫(kù)(工具箱),極易實(shí)現(xiàn)各種不同專業(yè)的科學(xué)計(jì)算功能。另外,MATLAB 和其他高級(jí)語(yǔ)言也具有良好的接口,可以方便地與其他語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)混合編程,這都進(jìn)一步拓寬了它的應(yīng)用范圍和使用領(lǐng)域。</p><p>  1.2 MATLAB環(huán)境</p><p>  MATLAB 既是一種語(yǔ)言,又是一個(gè)編程環(huán)境。作為一個(gè)編程環(huán)境,M

14、ATLAB提供了很多便于用戶管理變量、輸入輸出數(shù)據(jù)以及生成和管理M文件的工具。所謂M文件,就是用MATLAB語(yǔ)言編寫的、可在MATLAB中運(yùn)行的程序。單機(jī)MATLAB的桌面快捷方式。可以直接啟動(dòng)MATLAB軟件,啟動(dòng)后的MATLAB操作界面默認(rèn)情況。MATLAB最常用的窗口有命令窗口、歷史命令窗口、工作空間、當(dāng)前目錄瀏覽器、內(nèi)存數(shù)據(jù)編輯器,M文件編輯/ 調(diào)試器、幫助導(dǎo)航系統(tǒng)和開始按鈕。</p><p><b

15、>  2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備</b></p><p>  2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>  1、根據(jù)控制系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)一步細(xì)化技術(shù)要求。首先確定控制系統(tǒng)方案;確定每一級(jí)的具體技術(shù)指標(biāo)(如放大倍數(shù),輸入輸出電阻,電源電壓等);</p><p>  2、電流超調(diào)量σi≤5%,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn≤30%,調(diào)速范圍D=20,靜差率Sn≤0

16、.03;</p><p>  3、建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并基于Matlab或其他仿真軟件的仿真設(shè)計(jì);</p><p>  4、全面熟練掌握電力拖動(dòng)的應(yīng)用,以及小型電力拖動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟,通過設(shè)計(jì)過程進(jìn)一步鍛煉和培養(yǎng)動(dòng)手能力。</p><p>  2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)和條件</p><p>  輸出功率為: 10Kw

17、電樞額定電壓:220V</p><p>  電樞額定電流:50A 額定勵(lì)磁電流:2A</p><p>  額定勵(lì)磁電壓:110V 功率因數(shù):0.85</p><p>  電樞電阻:0.15歐姆 電樞回路電感:100mH</p><p>  電機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù):2S 電樞允許過載系數(shù):1.5

18、</p><p>  額定轉(zhuǎn)速:970rpm </p><p><b>  環(huán)境條件:</b></p><p>  電網(wǎng)額定電壓:380/220V; 電網(wǎng)電壓波動(dòng):10%;</p><p>  環(huán)境溫度:-40~+40攝氏度; 環(huán)境相對(duì)濕度:10~90%。</p><p>  2.3

19、設(shè)計(jì)內(nèi)容和數(shù)據(jù)資料</p><p>  某直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械裝置系統(tǒng)。</p><p>  主電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)為:</p><p>  ,,,電樞回路總電阻,機(jī)電時(shí)間常數(shù),電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比,Ks=40,,Ts=0.0017ms,電流反饋系數(shù),轉(zhuǎn)速反饋系數(shù),試對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。</p><p><b>  3 任務(wù)分析</b&g

20、t;</p><p>  3.1 選擇PWM控制系統(tǒng)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SG3525,這是一種性能優(yōu)良,功能全、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,故獲得廣泛使用。PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性: <

21、;/p><p> ?。?)PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡(jiǎn)單,需用的功率器件少。 </p><p>  (2)開關(guān)頻率高,電流容易連續(xù),諧波少,電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。 </p><p> ?。?)低速性能好,穩(wěn)速精度高,調(diào)速范圍廣,可達(dá)到1:10000左右。 </p><p> ?。?)如果可以與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合,則系

22、統(tǒng)頻帶寬,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 </p><p> ?。?)功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài),導(dǎo)通損耗小,當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí),開關(guān)損耗也不大,因而裝置效率較高。                    

23、60; </p><p>  變頻調(diào)速很快為廣大電動(dòng)機(jī)用戶所接受,成為了一種最受歡迎的調(diào)速方法,在一些中小容量的動(dòng)態(tài)高性能系統(tǒng)中更是已經(jīng)完全取代了其他調(diào)速方式。由此可見,變頻調(diào)速是非常值得自動(dòng)化工作者去研究的。在變頻調(diào)速方式中,PWM調(diào)速方式尤為大家所重視,這是我們選取它作為研究對(duì)象的重要原因。       </p>&

24、lt;p>  3.2 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由 </p><p>  同開環(huán)控制系統(tǒng)相比,閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制系統(tǒng)中,不管出于什么原因(外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化),只要被控制量偏離規(guī)定值,就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此,它具有抑制干擾的能力,對(duì)元件特性變化不敏感,并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。 </p><p>

25、;  單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng),采用PI控制器時(shí),可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高,如果要求快速起制動(dòng),突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等,單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來(lái)控制動(dòng)態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外,單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾性較差,當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí),必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后,調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生,因此動(dòng)態(tài)誤差較大。 </p><p>  在要求較高的調(diào)速

26、系統(tǒng)中,一般有兩個(gè)基本要求:一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng);二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過分析發(fā)現(xiàn),如果要求快速起動(dòng),必須使直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩,即最大的恒定允許電樞電流,當(dāng)電樞電流保持最大允許值時(shí),電動(dòng)機(jī)以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速,然后電樞電流立即降至負(fù)載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾,必須對(duì)電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。 </p><p>  以上兩點(diǎn)都涉及電樞電流的控制,所以自然考

27、慮到將電樞電流也作為被控量,組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>  4 主電路方案和控制系統(tǒng)確定</p><p>  直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串極聯(lián)結(jié),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)器的輸出去控制PWM裝置。其中脈寬調(diào)制變換器的作用是:用脈沖寬度調(diào)制的方法,把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列,從而可

28、以改變平均輸出電壓的大小,以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 總體方案簡(jiǎn)化圖如圖4-1所示。</p><p>  圖4-1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖</p><p>  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,保證了對(duì)生產(chǎn)工藝的要求的滿足,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)時(shí)啟動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)過程。在啟動(dòng)過程的主要階段,只有電流負(fù)反饋,沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋,不讓電流負(fù)

29、反饋發(fā)揮主要作用,既能控制轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié),又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過渡過程,很好的滿足了生產(chǎn)需求。</p><p>  主電路選用直流脈寬調(diào)速系統(tǒng),控制系統(tǒng)選用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制方案。主電路采用25JPF40電力二極管不可控整流,逆變器采用帶續(xù)流二極管的功率開關(guān)管IGBT構(gòu)成H型雙極式控制可逆PWM變換器。其中屬于脈寬調(diào)速系統(tǒng)特有的部分主要是UPM、邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)DLD、

30、全控型絕緣柵雙極性晶體管驅(qū)動(dòng)器GD和PWM變換器。系統(tǒng)中設(shè)置了電流檢測(cè)環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,構(gòu)成了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán),前者通過電流元件的反饋?zhàn)饔梅€(wěn)定電流,后者通過轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件的反饋?zhàn)饔帽3洲D(zhuǎn)速穩(wěn)定,最終消除轉(zhuǎn)速偏差,從而使系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。該系統(tǒng)起動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用,電流內(nèi)環(huán)起主要作用,調(diào)節(jié)起動(dòng)電流保持最大值,使轉(zhuǎn)速線性變化,迅速達(dá)到給定值;穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用,使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電

31、壓的變化而變化,電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流原理圖如圖4-2所示。</p><p>  圖4-2 直流PMW傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>  4.1 PWM 變換器的選用</p><p>  本設(shè)計(jì)選用帶續(xù)流的絕緣柵雙極晶體管IGBT構(gòu)成H型雙極性控制PWM變換器。其中,電源電壓Us選用不可控電力二極管25JPF40整流提供,并采用大電容C

32、進(jìn)行濾波。</p><p>  功率管開關(guān)管應(yīng)承受2Us的電壓,為此選用FGA25N120AN絕緣柵雙極晶體管IGBT并接在功率開關(guān)管兩端二級(jí)管用在IGBT關(guān)斷時(shí)為電樞回路提供釋放電感儲(chǔ)能的續(xù)流。FGA25N的參數(shù):Vce=200V,Ic=15A。選用10CTF30型電力二極管,If=10A,Urm=300V。</p><p>  采用單相交流220V供電,變壓器二次電壓為67V,橋式整流

33、二極管最大反向電壓大于電源的幅值的2倍,最大整流電流按2倍額定電流考慮。選25JPF40,If=25A,Urm=400V。</p><p>  整流橋輸出端所并接的電容作用濾除整流后的電壓紋波,并在負(fù)載變化時(shí)保持電壓平穩(wěn)。另外,當(dāng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)減速或停車時(shí),貯存在電動(dòng)機(jī)和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)能將由電容器吸收,所以所用的電容較大,這里選用4000uf,電壓按大于2倍電壓選擇。</p><p&g

34、t;  4.2 傳感器以及測(cè)速發(fā)電機(jī)的選用</p><p>  由于題目要求需要對(duì)電流進(jìn)行采樣,故此這里我們選用霍爾電流傳感器HNC-025A,HNC-025A傳感器所能測(cè)量的額定電流為 5A、6A、8A、 12A、25A,當(dāng)原邊導(dǎo)線經(jīng)過電流傳感器時(shí),原邊電流 IP會(huì)產(chǎn)生磁力線,原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍,內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的,大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓,通過后續(xù)電子電路可把這個(gè)微

35、小的信號(hào)轉(zhuǎn)變成副邊電流 IS,并存在以下關(guān)系式: IS* NS= IP*NP。在外環(huán)中,我們需要有速度的反饋,這里我們選用永磁式ZYS231/110型作為測(cè)速機(jī)。</p><p>  4.3 驅(qū)動(dòng)電路選用</p><p>  驅(qū)動(dòng)電路的作用是將控制電路輸出的PWM信號(hào)放大至足以保證IGBT可靠導(dǎo)通或關(guān)斷的程度。同時(shí)具有實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路相隔離、故障后自動(dòng)保護(hù)及延時(shí)等功能。這里我們選用上海

36、馬克電氣公司的AST96X 系列的MAST5-2C-U12型IGBT驅(qū)動(dòng)板 ,AST96X 為單路光電耦合隔離帶短路、欠壓和過壓保護(hù)功能的 IGBT 驅(qū)動(dòng)模塊; MAST 系列為 1 - 7 路、帶隔離電源的 IGBT 驅(qū)動(dòng)板,易于使用,對(duì)供電電源要求低,適用 600V - 1700V 的各種不同類型 IGBT 驅(qū)動(dòng);兩者均提供 電流源或電壓源-電阻兩種驅(qū)動(dòng)方式,具有單電源供電、輸入電壓范圍寬、內(nèi)置正負(fù)電壓發(fā)生器以及電壓濾波器、內(nèi)置短路

37、保護(hù)電路、內(nèi)置驅(qū)動(dòng)欠壓和過壓保護(hù)電路、內(nèi)置 VCE 檢測(cè)的快恢復(fù)高壓二極管、內(nèi)置光電耦合器以傳輸驅(qū)動(dòng)保護(hù)/故障信號(hào)、內(nèi)置柵極過壓箝位元件等特點(diǎn)。MAST5-2C-U12是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件,將分立電路集成在單片IC 之中,使外圍器件成本降低,整機(jī)可靠性提高。該產(chǎn)品為大規(guī)模集成基極驅(qū)動(dòng)電路,可對(duì)IGBT實(shí)現(xiàn)較理想的基極電流優(yōu)化驅(qū)動(dòng)和自身保護(hù)。</p><p>  4.4 調(diào)節(jié)

38、器的選擇</p><p>  根據(jù)題目要求我們嘗試用P調(diào)節(jié)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正,但是存在靜差,PI調(diào)節(jié)器可以進(jìn)一步提高穩(wěn)態(tài)性能,達(dá)到消除穩(wěn)態(tài)速差的地步。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn),調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯,因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中,由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán),電壓波動(dòng)可以通過電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié),不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái),抗擾性能大有改善。為了獲得良

39、好的靜、動(dòng)態(tài)性能,轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器,并且這里我們采用PI調(diào)節(jié)器。</p><p>  4.5 脈寬調(diào)制器選用</p><p>  脈寬調(diào)制器用于產(chǎn)生控制PWM變換器的功率器件通斷的PWM信號(hào)。常用種類有:模擬式、數(shù)字式和專用集成電路。這里選用美國(guó)德克薩斯儀器公司TL494專用集成電路作為雙端輸出型脈寬調(diào)制器,其載波為鋸齒波信號(hào),振蕩頻率,其中和取值范圍:,。</p>&l

40、t;p><b>  5 主電路的原理</b></p><p>  該系統(tǒng)是屬于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),其中具有轉(zhuǎn)速環(huán),稱為外環(huán),還有就是電流環(huán),這里稱為內(nèi)環(huán),外環(huán)由測(cè)速機(jī)采集信號(hào)經(jīng)過反饋系數(shù)得到電壓信號(hào)反饋給ASR,內(nèi)環(huán)我們這里采用直流PWM控制系統(tǒng)相結(jié)合,其中脈寬調(diào)速系統(tǒng)由調(diào)制波發(fā)生器GM、脈寬調(diào)制器UPM、邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)DLD以及絕緣柵雙極性晶體管的GD和脈寬調(diào)制變換器組成。直流PWM控制系

41、統(tǒng)是直流脈寬調(diào)制式調(diào)速系統(tǒng)控制系統(tǒng),與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別在于用直流PWM變換器取代了晶閘管交流裝置,作為系統(tǒng)的功率驅(qū)動(dòng)器。脈寬調(diào)制器是有一個(gè)運(yùn)算放大器和幾個(gè)輸入信號(hào)構(gòu)成電壓比較器。運(yùn)算放大器工作在開環(huán)狀態(tài),在電流調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)的控制下,產(chǎn)生一個(gè)等幅、寬度受Uc控制的方波脈沖序列,為PWM提供所需要的脈沖信號(hào)。邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)DLD保證在一個(gè)管子發(fā)出關(guān)斷脈沖時(shí),經(jīng)延時(shí)后再發(fā)出對(duì)另一個(gè)管子的開通脈沖,在延時(shí)環(huán)節(jié)中引入瞬時(shí)動(dòng)作限流保護(hù)

42、FA信號(hào),一旦橋臂電流超過允許最大電流值時(shí),使工作管子同時(shí)封鎖,以保護(hù)電力晶體管。</p><p>  5.1 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形 </p><p>  如圖5-1所示,這時(shí),啟動(dòng)電流成方波形,而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。</p><p>  (a) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

43、起動(dòng)過程   (b)理想快速起動(dòng)過程</p><p>  圖5-1 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形  </p><p>  6雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p><b>  6.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)</b></p><p>  6.1.1確定時(shí)間常數(shù)</p&

44、gt;<p> ?、琶}寬調(diào)制器和PWM變換器的滯后時(shí)間常數(shù)</p><p><b>  開關(guān)周期。</b></p><p>  脈寬調(diào)制器和PWM變換器的放大系數(shù)為,于是可得脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)為</p><p>  ⑵電流濾波時(shí)間常數(shù)取。</p><p> ?、请娏鳝h(huán)小時(shí)間常數(shù) 。</

45、p><p>  6.1.2 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>  根據(jù)設(shè)計(jì)要求,,而且,因此可按典Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電流調(diào)節(jié)器選用PI型,其傳遞函數(shù)為</p><p>  6.1.3 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p><b>  要求時(shí),應(yīng)取,</b></p><p><b>  因此 &l

46、t;/b></p><p><b>  于是 </b></p><p>  6.1.4 校驗(yàn)近似條件</p><p><b> ?、乓?,現(xiàn)。</b></p><p><b> ?、埔螅F(xiàn)。</b></p><p><b>  ⑶要求,

47、現(xiàn)。</b></p><p><b>  可見均滿足要求。</b></p><p>  6.1.5 計(jì)算ACR的電阻和電容</p><p><b>  取,則</b></p><p><b>  取</b></p><p><b>

48、  取</b></p><p><b>  取</b></p><p>  按照上述參數(shù),電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為,故滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>  6.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)</p><p>  6.2.1確定時(shí)間常數(shù)</p><p>  ⑴電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為。</p>

49、<p> ?、迫∞D(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。</p><p><b> ?、?lt;/b></p><p>  6.2.2 ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>  根據(jù)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜態(tài)及其他動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求,按典Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán),ASR選用PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為</p><p>  6.2.3 選擇ASR參數(shù)</p>

50、<p><b>  取,則</b></p><p><b>  則 </b></p><p>  6.2.4 校驗(yàn)近似條件</p><p><b> ?、乓?, </b></p><p><b>  現(xiàn) 。</b></p>&l

51、t;p><b>  ⑵要求,</b></p><p><b>  現(xiàn)</b></p><p><b>  。</b></p><p>  6.2.5 計(jì)算ASR電阻和電容</p><p><b>  取,則</b></p><p&

52、gt;<b>  取</b></p><p><b>  取</b></p><p><b>  取</b></p><p>  6.2.6 校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p><b>  當(dāng)時(shí),</b></p><p><b&g

53、t;  ,而,</b></p><p><b>  因此</b></p><p>  可見轉(zhuǎn)速超調(diào)量滿足要求。</p><p>  6.2.7 校驗(yàn)過渡過程時(shí)間</p><p>  空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的過渡過程時(shí)間</p><p>  可見能滿足設(shè)計(jì)要求。</p><

54、;p><b>  6.3負(fù)反饋單元</b></p><p>  6.3.1轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置選擇</p><p><b>  ⑴測(cè)速發(fā)電機(jī)參數(shù)</b></p><p>  永磁式ZYS231/110型,額定數(shù)據(jù)為,,,</p><p><b>  。</b></p>

55、<p>  ⑵測(cè)速反饋電位器的選擇</p><p>  考慮測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí),其電流約為額定值的,這樣,測(cè)速發(fā)電機(jī)電樞</p><p>  壓降對(duì)檢測(cè)信號(hào)的線性度影響較小。</p><p>  測(cè)速發(fā)電機(jī)工作最高電壓</p><p><b>  測(cè)速反饋電位器阻值</b></p>&l

56、t;p><b>  此時(shí)所消耗的功率為</b></p><p>  為了使電位器溫度不要提高,實(shí)選瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上,故選為,取。</p><p>  7 系統(tǒng)的MATLAB仿真</p><p>  7.1 系統(tǒng)的仿真模型 </p><p>  圖7-1 系統(tǒng)仿真模型圖</p>&l

57、t;p>  7.2仿真輸出波線曲線圖</p><p>  圖7-2仿真輸出波形圖</p><p><b>  總 結(jié)</b></p><p>  在本次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí),也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中,與同學(xué)分工設(shè)計(jì),和同學(xué)們相互探討,相互學(xué)習(xí),相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作,學(xué)

58、會(huì)了運(yùn)籌帷幄,學(xué)會(huì)了寬容,學(xué)會(huì)了理解,也學(xué)會(huì)了做人與處世。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練,著是我們邁向社會(huì),從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程.”千里之行始于足下”,通過這次課程設(shè)計(jì),我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義.我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì),學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步,就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).通過本次設(shè)計(jì)以便積累一些經(jīng)驗(yàn)對(duì)我們以后課程設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 </p><

59、;p>  在此感謝我們的xx老師,老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣;老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪;交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)每個(gè)數(shù)據(jù),都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。同時(shí)感謝對(duì)我?guī)椭^的同學(xué)們,謝謝你們對(duì)我的幫助和支持,讓我感受到同學(xué)的友誼。     </p><p>  由于本人的設(shè)計(jì)能力有限,在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤,懇請(qǐng)老

60、師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評(píng)與指正,本人將萬(wàn)分感謝。</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p>  [1]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.</p><p>  [2]薛定宇.反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析——MATLAB語(yǔ)言應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2000.</p

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