1、運動控制系統(tǒng)期中作業(yè)電氣與控制工程學(xué)院自動化1102王穎琪1106050219穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算：額定轉(zhuǎn)速下的給定電壓值：=0.007*1460=10.22v =0.05*136=6.8v電流調(diào)節(jié)器的限幅值：=8.69v根據(jù)穩(wěn)態(tài)參數(shù)可取 所以： =0.007 =0.05v/A假設(shè)Ks=30動態(tài)參數(shù)計算：電流環(huán)的設(shè)計（1）確定時間常數(shù)a. 整流裝置滯后時間常數(shù).假設(shè)，所以b. 電流濾波時間常數(shù). 單相橋式電路每個波頭的時間是10ms，三相橋式電路每個波頭的時間是3.33ms，為了基本濾平波頭，可取=2ms=0.002s.c. 電流環(huán)小時間常數(shù)之和.按小時間常數(shù)近似處理，取.=+=0.00214s(2)

2、 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：W(s)=(3)計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：=電流環(huán)開環(huán)增益：要求5%，所以取*=0.5,因此：=233.6s-1于是，ACR的比例系數(shù)為：=1.5576（4） 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：=233.6s-1a. 校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： =2380.95s-1> 滿足近似條件b.校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件： 48.84s-1< 滿足近似條件c.校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件： > 滿足近似條

3、件（5) 計算調(diào)節(jié)器的電阻電容，按所用運算放大器取,各電容和電阻值計算如下： 所以: 故得 按照上述參數(shù)，滿足設(shè)計要求 。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計（1） 確定時間常數(shù)a. 電流環(huán)等效時間常數(shù).已知，則 =S.b. 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)。根據(jù)所用測速發(fā)電機紋理情況， c. 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，取（2） 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選擇PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)（3) 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨性和抗擾性都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為：轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：ASR比例系數(shù)為：（4） 檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率a. 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 > 滿足簡化條件b.轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)

4、近似處理條件 > 滿足近似條件（5） 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 取=40K,則 所以： (6) 校驗轉(zhuǎn)速超調(diào)量<所以設(shè)計滿足要求。晶閘管的選型： 選擇晶閘管主要是選擇它的額定電壓和額定電流。對于本設(shè)計采用的是三向橋式PWM逆變電路，晶閘管按1至6順序?qū)?，在阻感負載中晶閘管承受的最大電壓，而考慮到電網(wǎng)電壓波動和操作過電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數(shù)，則晶閘管額定電壓的計算結(jié)果為：,取。晶閘管的額定電流有效值大于實際流過晶閘管的最大電流的有效值。一般取按此原則所得的1.52倍。已知：可得晶閘管的額定電流： 取因此，本設(shè)計采用的晶閘管型號為KP200A-20MATLAB仿真（1） 電流

5、環(huán)的仿真設(shè)計 仿真模型：仿真結(jié)果：（2） 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)空載仿真模型：仿真結(jié)果：轉(zhuǎn)速環(huán)滿載仿真模型：仿真結(jié)果：轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計（1）橋式可逆PWM變換電路 本次設(shè)計采用橋式可逆PWM變換電路供電，電動機兩端電壓的極性隨全控型電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)而改變。 橋式可逆PWM變換電路如下圖：（2）含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器如下圖所示（參數(shù)標注在圖上)（3）含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如下圖所示（參數(shù)標注在圖上）（4）給定及偏移電源此電路用于產(chǎn)生15V電壓作為轉(zhuǎn)速給定電壓以及基準電壓。（5）信號產(chǎn)生電路 電路中的PWM信號由集成芯片SG3524產(chǎn)生，SG

6、3524可為脈寬調(diào)制式推挽、橋式、單端及串聯(lián)型SMPS(固定頻率開關(guān)電源)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1000KHZ,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。由SG3524構(gòu)成的基本電路如圖所示，由15腳輸入+15V電壓，用于產(chǎn)生+5V基準電壓。9腳是誤差放大器的輸出端，在1、9引腳之間接入外部阻容元件構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，可提高穩(wěn)態(tài)精度。12、13引腳通過電阻與+15V電壓源相連，供內(nèi)部晶體管工作，由電流調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓作為2引腳輸入，通過其電壓大小調(diào)節(jié)11 、14引腳的輸出脈沖寬度，實

7、現(xiàn)脈寬調(diào)制變換器的功能實現(xiàn)。 SG3524的基準源屬于常規(guī)的串聯(lián)式線性直流穩(wěn)壓電源,它向集成塊內(nèi)部的斜波發(fā)生器、PWM比較器、T型觸發(fā)器等以及通過16腳向外均提供+5V的工作電壓和基準電壓,振蕩器先產(chǎn)生的連續(xù)不對稱鋸齒波電壓,再變換成矩形波電壓,送至觸發(fā)器、或非門,并由3腳輸出。振蕩器頻率由SG3524的6腳、7腳外接電容器CT和外接電阻器RT決定,其值為:f=1.15/RTCT?？紤]到對CT的充電電流為一般為30A-2mA),因此RT的取值范圍為1.8k100k,CT為0.001F0.1F,其最高振蕩頻率為300kHz。開關(guān)電源輸出電壓經(jīng)取樣后接至誤差放大器的反相輸入端,與同相端的基準電壓進

8、行比較后,產(chǎn)生誤差電壓,送至PWM比較器的一個輸入端,另一個則接鋸齒波電壓,由此可控制PWM比較器輸出的脈寬調(diào)制信號. SG3524管腳構(gòu)成的電路圖：（6）轉(zhuǎn)速檢測電路 轉(zhuǎn)速檢測電路與電動機同軸安裝一臺測速發(fā)電機，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負反饋電壓Un，與給定電壓Un*相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓D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，測速電路如上圖所示，通過調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（7）總電路設(shè)計圖：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速和電流，兩者之間實行串聯(lián)連接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當做電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去驅(qū)動PWM供電電路的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)器在閉環(huán)里，叫內(nèi)環(huán)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外面，叫外環(huán)。這樣就構(gòu)成了轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。如總電路圖所示的直流調(diào)速系統(tǒng)的原理