電力拖動課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 課題分析3</b></p><p><b>　　1.1概述3</b></p><p>　　1.2 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)4</p><p>　　1.3 單極式PWM變換器原理4</p>

2、<p>　　1.4 脈寬調(diào)制系統(tǒng)靜特性6</p><p>　　1.5 PWM調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)7</p><p>　　1.5.1靜態(tài)性能7</p><p>　　1.5.2 動態(tài)性能8</p><p><b>　　2 電路設(shè)計(jì)8</b></p><p>　　2.1主電路設(shè)計(jì)8&

3、lt;/p><p>　　2.2 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.2.1 ASR設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.2.2 ACR設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.3 驅(qū)動電路10</p><p>　　3 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定11</p><p>　　3.1 ACR參數(shù)計(jì)算12<

4、/p><p>　　3.2 ASR參數(shù)計(jì)算13</p><p>　　3.3 參數(shù)的校驗(yàn)14</p><p>　　3.3.1 電流參數(shù)的校驗(yàn)14</p><p>　　3.3.2 轉(zhuǎn)速參數(shù)的校驗(yàn)14</p><p>　　3.3.3 校驗(yàn)超調(diào)量15</p><p><b>　　4 仿真結(jié)

5、果15</b></p><p>　　4.1轉(zhuǎn)速輸出15</p><p>　　4.2 電流輸出16</p><p><b>　　5 結(jié)果分析16</b></p><p><b>　　結(jié)束語17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18&

6、lt;/b></p><p><b>　　附錄19</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　對PWM轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了研究，以PWM電力電子變換器產(chǎn)生連續(xù) 可調(diào)的直流電源，驅(qū)動直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)；選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和近似校驗(yàn).并對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性

7、能進(jìn)行分析，給出其仿真波形。機(jī)械特性上通過改變電動機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。</p><p>　　工業(yè)上PWM控制調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)還是日 益突現(xiàn)，而帶有雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)更是受到廣泛歡迎。在本次設(shè)計(jì)中，為了使調(diào)速達(dá)到高精度、高準(zhǔn)度的要求，我使用了電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，以此來組成雙閉環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)

8、環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。這樣的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到任務(wù)要求的靜態(tài)指標(biāo)和動態(tài)指標(biāo)。通過對轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關(guān)內(nèi)容，在對其各種性能加深了解的同時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場合，提高其使用效率。</p><p>　　在電力拖動系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)電樞電壓的直流調(diào)速是應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)速方法。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于PWM控制

9、的直流調(diào)速系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用了電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制，并且設(shè)計(jì)了完善的保護(hù)措施，既保障了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，又使系統(tǒng)具有較高的動、靜態(tài)性能。PWM控制技術(shù)是一中廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域的技術(shù)，其原理是利用沖量相等而形狀相通的窄脈沖加在具有慣的環(huán)節(jié)時(shí)候，效果基本相通。直流系統(tǒng)調(diào)速是由功率晶閘管、移相控制電路、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過流保護(hù)電路，通常指人為地或自動地改變直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。</p

10、><p>　　關(guān)鍵詞：單極式PWM  雙閉環(huán)  無靜差 可逆</p><p>　　直流單極式PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真</p><p><b>　　1 課題分析</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　脈寬

11、調(diào)制變換器是把脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的一種直流斬波器，脈寬調(diào)制，是利用電力電子開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)的直流脈沖序列采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開關(guān)控制方式，形成脈寬調(diào)制變換器—直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。相較于V-M調(diào)速系統(tǒng)，PWM系統(tǒng)在許多方面有優(yōu)越性，主電路線路簡單，需用的功率器件少；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?。坏退傩阅芎?，穩(wěn)態(tài)精度高，調(diào)速范圍寬；若是與快速響應(yīng)的電

12、機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗干擾能力強(qiáng)；功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，道通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適中時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率高。直流電流采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因素比相控整流器高。</p><p>　　直流脈寬調(diào)制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)基本取代了晶閘管調(diào)速系統(tǒng)，在中、小容量，并要求高動態(tài)性能的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中尤為突出。</p><p>　　在各類電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中,由于直流電機(jī)具

13、有良 好的起動、制動和大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速的性能,直流調(diào)壓調(diào)速技術(shù)已廣泛運(yùn)用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個(gè)方面.而脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，最常用的PWM直流調(diào)壓調(diào)速技術(shù)具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和損耗低等特點(diǎn)</p><p>　　據(jù)此，我們可設(shè)計(jì)一個(gè)直流單極式可逆PWM雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　

14、　1.2 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　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)的要求。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)器串級聯(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。</p><p>　　系統(tǒng)總

15、體的結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。</p><p>　　圖1 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.3 單極式PWM變換器原理</p><p>　　脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。直流電動機(jī)PWM控制系統(tǒng)分為不可逆和可逆系統(tǒng)。不可逆系統(tǒng)是指電動機(jī)只能單向旋轉(zhuǎn)；可逆系統(tǒng)是指電動機(jī)可以正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。對于可逆系統(tǒng)，又可以分為單極性驅(qū)動

16、和雙極性驅(qū)動兩種方式。</p><p>　　單極性驅(qū)動是指在一個(gè)PWM周期里，作用在電樞兩端的脈沖電壓是單一極性的；雙極性驅(qū)動是指在一個(gè)PWM周期里，作用在電樞兩端的脈沖電壓是正負(fù)交替的。可逆PWM變換器的輸出電壓極性是隨控制電壓極性變化而變化的，因而可組成可逆的直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　常見的可逆PWM變換器主電路有H型和T型，本設(shè)計(jì)采用H型橋式可逆變換器。單極式可逆PWM變換

17、器電路如圖2所示。單極式可逆PWM變換器的驅(qū)動脈沖：， VT1和VT2 交替導(dǎo)通（和雙極式一樣）、改成因電機(jī)的轉(zhuǎn)向而施加不同的直流控制信號。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，使恒為負(fù)，恒為正，則VT3截止而VT4常通。</p><p>　　如圖3所示，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，則恒為正,而恒為負(fù)，使VT3常通而VT4截止。當(dāng)控制電壓為正即當(dāng)電機(jī)正向電動時(shí)，在一個(gè)開關(guān)周期中有：</p><p>　　圖2 可逆PWM變換器<

18、;/p><p>　　當(dāng)時(shí)，和為正，晶體管VT1和VT4飽和導(dǎo)通; 和為負(fù)，VT2和VT3截止。這時(shí)。當(dāng)時(shí)，變負(fù)，VT1和VT3截止, VT4導(dǎo)通 ；變正，但VT2仍不通，正向電流沿VD2和VT4續(xù)流。這時(shí)。</p><p>　　圖3 單極式PWM變換器的驅(qū)動信號波形</p><p>　　由圖可得，單極式變換器的輸出平均電壓是</p><p>　　

19、可以定義占空比，電壓系數(shù)</p><p>　　那么在單極式可逆變換器中</p><p>　　在調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍應(yīng)為0～1，而相應(yīng)的的范圍也應(yīng)為0～1。此電路無高頻微振，啟動較慢， 其低速性能不如雙極性的好。單極式變換器的開關(guān)損耗要比雙極式小，裝置的可靠性提高了。單極式變換器的電力晶體管VT3和VT4兩者之中總有一個(gè)是常通的，而另一個(gè)是截止的，運(yùn)行中不用頻繁地交替導(dǎo)通。

20、 </p><p>　　1.4 脈寬調(diào)制系統(tǒng)靜特性</p><p>　　求一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機(jī)械特性方程式，電樞兩端在一個(gè)周期內(nèi)的電壓都是 ，平均電流用 表示，平均轉(zhuǎn)速 ，而電樞電感壓降 的平均值在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。因?yàn)椴捎昧嗣}寬調(diào)制，電流波形均是連續(xù)的，因而機(jī)械特性關(guān)系式比較簡單，電壓平衡方程如下</p><p>

21、<b>　　.（導(dǎo)通時(shí)間）</b></p><p><b>　?。P(guān)斷時(shí)間）</b></p><p>　　易得其平均值方程如下</p><p>　　那么可得其機(jī)械特性方程式如下：</p><p>　　1.5 PWM調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)</p><p><b>　　1.5

22、.1靜態(tài)性能</b></p><p><b>　?。?）調(diào)速范圍 </b></p><p>　　電動機(jī)在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，提供的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，稱為調(diào)速范圍，用符號D表示，一般以電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速作為最高轉(zhuǎn)速，若額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為，則可得調(diào)速范圍與靜差率之間的關(guān)系為：</p><p><b>　?。ㄊ?.2）<

23、;/b></p><p><b>　?。?）靜差率</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 與理想空載轉(zhuǎn)速 之比。當(dāng) 值一定，如果對靜差率要求越高，即要求s值愈小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也愈小，一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。</p><p&g

24、t;　　1.5.2 動態(tài)性能</p><p>　　控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)包括兩項(xiàng)，對給定信號的跟隨性能指標(biāo)和對擾動輸入信號的抗擾性能指標(biāo)，設(shè)置調(diào)節(jié)器目的是改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)。</p><p><b>　　1. 跟隨性能指標(biāo)</b></p><p>　　上升時(shí)間，在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所經(jīng)過的時(shí)間稱為

25、上升時(shí)間，它表示動態(tài)響應(yīng)的快速性。</p><p>　　超調(diào)量，在階躍響應(yīng)過程中，超過以后，輸出量有可能繼續(xù)增加，到峰值時(shí)間時(shí)達(dá)到最大值，然后回落。超過穩(wěn)態(tài)值的百分?jǐn)?shù)稱作超調(diào)量，超調(diào)量反映系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。超調(diào)量越小，則相對穩(wěn)定性越好，即動態(tài)響應(yīng)比較平穩(wěn)。</p><p>　　調(diào)節(jié)時(shí)間，調(diào)節(jié)時(shí)間又稱過渡過程時(shí)間，它衡量系統(tǒng)整個(gè)調(diào)節(jié)過程的快慢。理論上要到才穩(wěn)定，為了在線性系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線上表

26、示調(diào)節(jié)時(shí)間，認(rèn)定穩(wěn)態(tài)值的（或取）的范圍作為允許誤差帶，以輸出量達(dá)到并不再超過該誤差帶所需的時(shí)間定義為調(diào)節(jié)時(shí)間。顯然，調(diào)節(jié)時(shí)間既反映了系統(tǒng)的快速性，也包含著它的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　2. 抗擾性能指標(biāo)</b></p><p>　　常用的抗擾性能指標(biāo)為動態(tài)降落和恢復(fù)時(shí)間，系統(tǒng)中擾動量的作用點(diǎn)通常不同于給定量的作用點(diǎn)，因而系統(tǒng)的抗擾動態(tài)性能指標(biāo)也異于跟隨動態(tài)

27、性能指標(biāo)。</p><p>　　動態(tài)降落，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，突加一定數(shù)值的擾動（如額定負(fù)載擾動）后引起轉(zhuǎn)速的最大降落值叫做動態(tài)降落。</p><p>　　恢復(fù)時(shí)間，從階躍擾動作用開始，到輸出量基本上恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差進(jìn)入某基準(zhǔn)量的（或）范圍之內(nèi)所需的時(shí)間，定義為恢復(fù)時(shí)間，其中稱為抗擾指標(biāo)中輸出量的基準(zhǔn)值。</p><p>　　一般而言，調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)應(yīng)以抗擾

28、性能為主。但在實(shí)際系統(tǒng)中，對于各種動態(tài)指標(biāo)的要求情況各異，必須根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體要求來設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2 電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)直流調(diào)速系統(tǒng)快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小，在系統(tǒng)中能夠隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。合上電

29、源后，用延時(shí)開關(guān)將Rz短路，以免在運(yùn)行中造成附加損耗。勢必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管，可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖4所示。變換器的直流電源由二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容濾波，以獲得恒定的直流電壓，由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電動機(jī)制動時(shí)只好對濾波電容充電，這式電容器兩端電壓升高稱作“泵升電壓”。</p><p>　　圖4 PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路</p><p

30、>　　2.2 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)</p><p>　　按照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外環(huán)擴(kuò)展。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)該首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。主回路對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，副回路對電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對被控量進(jìn)行采樣，然后與給定值比較。</p><p>　　2.2.1 ASR設(shè)計(jì)</

31、p><p>　　為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，設(shè)計(jì)系統(tǒng)成典型Ⅱ型系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用PI調(diào)節(jié)器，根據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入相同時(shí)間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)速反饋電路如圖7所示，由測速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，由初始條件知濾波時(shí)間常數(shù)。</p><p><b>　　圖5 PI型ASR</b></p><p>　

32、　2.2.2 ACR設(shè)計(jì)</p><p>　　為使在突加控制作用時(shí)電流沒有太大的超調(diào)，電流環(huán)以跟隨性能為主，穩(wěn)態(tài)無靜差，將電流內(nèi)環(huán)校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器ACR采用PI調(diào)節(jié)器。電流檢測中常常含有交流分量，為使其不影響調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。，為了平衡反饋通路中的濾波環(huán)節(jié)帶來的延遲作用，電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入都加入了同等時(shí)間常數(shù)的濾波環(huán)節(jié).此濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，由初始條件知濾波時(shí)

33、間常數(shù)，以濾平電流檢測信號為準(zhǔn)。</p><p>　　圖6 PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　2.3 驅(qū)動電路</b></p><p>　　一般而言，IGBT驅(qū)動可選用芯片IR2110，IR2110采用DIP封裝，有14個(gè)引出端，排列如下圖7所示。 </p><p>　　圖7 IR2110引腳圖</p

34、><p>　　芯片各引腳功能如下： 腳1（LO）是低端通道輸出，腳2（COM）是公共端，腳3（Vss）是低端固定電源電壓，腳5（Us）是高端浮置電源偏移電壓，腳6(UB)是高端浮置電源電壓；腳7（HO）是高端輸出，腳9（VDD）是邏輯電路電源電壓，腳10（HIN）、腳11（SD）、腳12（LIN）均是邏輯輸入，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、腳14均為空端。</p&g

35、t;<p>　　IR2110具有獨(dú)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=±50V/ns，在15V下的靜態(tài)功耗僅有1.6mW。IGBT驅(qū)動電路如圖8所示。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(shí)

36、，開關(guān)時(shí)間典型值為25ns。兩路匹配傳輸導(dǎo)通延時(shí)為120ns，關(guān)斷延時(shí)為94ns。 </p><p>　　圖8 IGBT驅(qū)動電路</p><p>　　3 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定</p><p>　　單刀雙擲開關(guān)控制電機(jī)轉(zhuǎn)向，滑動變阻器RP1、RP2分別調(diào)節(jié)正反轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速，RP3可以改變電流的限幅值，下面分別進(jìn)行各個(gè)參數(shù)的計(jì)算。 </p><p>

37、　　可得轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) </p><p><b>　　電流反饋系數(shù)</b></p><p>　　在計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)前，先根據(jù)額定參數(shù)計(jì)算電動機(jī)電動勢系數(shù)，額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)有</p><p><b>　　易得</b></p><p>　　在此設(shè)定所有運(yùn)算放大器的R0=40k

38、Ω，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)為Tl=0.03s，Tm=0.18s，并設(shè)定電力電子變換器的內(nèi)阻為Rrec=0.8Ω。所以可得超前時(shí)間常數(shù)τi=Tl=0.03s，回路總電阻為R=0.8+0.2=1Ω。設(shè)定PWM控制電路的放大系數(shù)為Ks=40。電流允許過載倍數(shù)λ=1.5。給定電壓設(shè)為10V。</p><p>　　3.1 ACR參數(shù)計(jì)算</p><p>　　分析可得電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.002s

39、，通過查閱相關(guān)資料可得PWM調(diào)壓系統(tǒng)的滯后時(shí)間Ts=0.0001s，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，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流有太大的超調(diào)，而且要求系統(tǒng)電流無靜差，為此，電流環(huán)應(yīng)一跟隨性能為主，可選用典型I型系統(tǒng)。</p><p><b>　　可取傳遞函數(shù)為：</b></p><p>　　因要求，對電流開環(huán)增益，應(yīng)取，于是</p><p&g

40、t;　　于是電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)：</p><p>　　據(jù)此比例系數(shù)可得，取運(yùn)放的R0=40kΩ，各電阻和電容值：</p><p><b>　　，取60KΩ</b></p><p>　　3.2 ASR參數(shù)計(jì)算</p><p>　　確定時(shí)間常數(shù)，電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)測速發(fā)電機(jī)的紋波情況?。?lt;/p

41、><p>　　對于轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)，按小時(shí)間常數(shù)盡速處理取</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)該設(shè)計(jì)為典型Ⅱ型系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器也應(yīng)采用PI型，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　為使跟隨性和抗干擾性能都較好，可取。</p><p>　　那么ASR超前時(shí)間常數(shù)</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益</

42、b></p><p>　　則ASR的比例系數(shù)為</p><p>　　由運(yùn)放可得，各電阻和電容值計(jì)算如下：</p><p><b>　　，取750kΩ</b></p><p><b>　　，取0.1uF</b></p><p><b>　　，取1uF</b

43、></p><p><b>　　3.3 參數(shù)的校驗(yàn)</b></p><p>　　3.3.1 電流參數(shù)的校驗(yàn)</p><p>　　首先校驗(yàn)近似條件，電流環(huán)截止頻率，然后校驗(yàn)PWM調(diào)壓系統(tǒng)傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足。</p><p>　　由于，故滿足近似條件。</p><p>　　校驗(yàn)忽略反電動

44、勢近似條件。</p><p>　　這里，明顯滿足近似條件。</p><p>　　校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件。</p><p>　　這里，明顯滿足條件。</p><p>　　根據(jù)上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求和近似條件。</p><p>　　3.3.2 轉(zhuǎn)速參數(shù)的校驗(yàn)</p><p>　　首

45、先校驗(yàn)近似條件，轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率。</p><p>　　校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件是否滿足。</p><p>　　這里，滿足近似條件。</p><p>　　校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件。</p><p>　　這里，明顯滿足條件。</p><p>　　3.3.3 校驗(yàn)退飽和轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p>

46、　　突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量，在h=5時(shí)，查表可知，δn=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上這是按線性系統(tǒng)計(jì)算的。</p><p><b>　　則。</b></p><p>　　由此可得，系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)都能滿足設(shè)計(jì)要求，可行且實(shí)用，可使系統(tǒng)達(dá)到快速、準(zhǔn)確和穩(wěn)定。</p><p>

47、;<b>　　4 仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　4.1轉(zhuǎn)速輸出</b></p><p><b>　　圖9 轉(zhuǎn)速輸出</b></p><p><b>　　4.2 電流輸出</b></p><p>　　圖10 輸出電流波形</p>

48、<p><b>　　5 結(jié)果分析</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓Un*的變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，采用PI調(diào)節(jié)器課實(shí)現(xiàn)無靜差。對負(fù)載變化起抗擾作用。其輸出幅值決定電動機(jī)允許的最大電流。</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器，作為內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給

49、定電壓Ui*變化。對電網(wǎng)電壓的波動起及時(shí)抗擾作用。在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電動機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。當(dāng)電動機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常，這樣有利于系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。</p><p>　　雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理分析，ASR根據(jù)轉(zhuǎn)速給定Un*和轉(zhuǎn)速反饋Un的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出作為電流給定Ui*，對于直流電動機(jī)，控制電樞電流對應(yīng)控制電磁轉(zhuǎn)矩，

50、因而可以控制轉(zhuǎn)速。ACR根據(jù)電流給定Ui*和電流反饋Ui的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出作為UPE的控制信號Uc，進(jìn)而調(diào)節(jié)UPE的輸出，即電機(jī)的電樞電壓。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，我的課題設(shè)計(jì)能力有了提高，對MATLAB仿真也有了更多經(jīng)驗(yàn)。隨著科技不斷發(fā)展進(jìn)步，電力拖動控制系統(tǒng)也同我們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，在我們的生產(chǎn)機(jī)械中

51、扮演著十分重要的角色。 </p><p>　　按照ASR在起動過程中的飽和情況，可將起動過程分為三個(gè)階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從起動時(shí)間上看，Ⅱ階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了電流受限制下的快速起動，利用了飽和非線性控制方法，達(dá)到“準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過該設(shè)計(jì)系統(tǒng)改進(jìn)，與其為單閉環(huán)系統(tǒng)相比：機(jī)械特性偏硬，快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速將小。 

52、</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，直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。為使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能更好，該系統(tǒng)采用無靜差調(diào)節(jié)，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用比例積分調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)保證恒速運(yùn)行，以保證滿足更嚴(yán)格的生產(chǎn)要求。</p><p>　　PWM控制技術(shù)以其控制簡單,靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)等領(lǐng)域最廣

53、泛應(yīng)用的控制方式。在這個(gè)過程中我認(rèn)真查閱了大量資料和工具書增長了我的知識，開闊了我的視野。不過我看得更多的還是教材，萬變不離其宗，對任何一個(gè)設(shè)計(jì)其基本原理最終都可以在書本上找到答案。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 黃家善等.電力電子技術(shù). 北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2007. </p><p>　　[2]

54、 王離九.電力拖動自動控制系統(tǒng).武漢.華中理工大學(xué)出版社，2005.</p><p>　　[3] 陳伯時(shí).運(yùn)動控制系統(tǒng). 北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[4] 曾毅.現(xiàn)代運(yùn)動控制系統(tǒng)工程. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[5] 周淵深.交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真.北京.中國電力出版社，2007</p>

55、<p><b>　　附錄</b></p><p>　　1 MATLAB仿真圖</p><p><b>　　2 電路連接圖</b></p><p><b>　　3.PWM主電路</b></p><p><b>　　3 PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</b>&l