運動控制系統

課程設計講座直流拖動控制系統設計設計題目：直流調速V-M雙閉環控制系統設計專題基本設計參數直流電動機185W，220V，1.1A，1600r/min，Ra=22.25W，GD2=0.065N·m2，允許過載倍數l=1.1，晶閘管裝置放大倍數Ks=40，電樞回路總電阻R=52.5W，電樞回路總電感L=811.5mH，最大給定電壓U*nm=5V對應1500r/min，最大電流Idm=lIN時，ASR輸出限幅U*im=5V，電流反饋濾波時間常數Toi=0.002s，轉速反饋濾波時間常數Ton=0.01s，取R0=20kW，穩態指標：無靜差動態指標：電流超調量si≤5%，空載起動到額定轉速時的轉速超調量sn≤10%畫出原理圖、穩態結構圖、建立數學模型，畫出動態結構圖；設計ASR、ACR，計算PI調節器參數；檢驗近似條件，計算ASR退飽和超調量；畫出開環對數幅頻特性曲線；編寫帶限幅環節的數字PI調節器程序(C語言或匯編語言)；寫出心得體會。交流拖動控制系統設計

設計題目：SPWM變頻調速控制系統設計專題參考文獻：1、運動控制系統（第四版），阮毅，陳伯時，機械工業版2、電力拖動自動控制系統習題例題集，童福堯，機械工業版設計交-直-交電壓源型三相SPWM變頻器，整流部分為二極管三相不控整流，獲得恒定直流電壓，逆變器由6個電力晶體管GTR和6個續流二極管組成，并由8051和大規模集成電路HEF4752組成SPWM變頻調速系統的控制電路?；驹O計參數：異步電動機額定功率11kW，額定電流22A，線電壓380V，允許過載倍數l=1.5，泵升電壓DUs=150V，逆變器輸出頻率范圍4~60Hz，額定輸出頻率f1e=50Hz，負載功率因數cosf

≥0.5，負載引起直流電壓脈動百分比K≤5%，Uin(max)=10V，設計任務設計主電路：選擇GTR開關管以及濾波電容；設計控制電路：采用大規模集成電路HEF4752，并設fsmax=1000Hz，計算8253分頻系數；設計驅動電路：采用分立元件或集成電路模塊均可；畫出系統原理圖、控制電路圖、驅動電路圖、保護電路圖（過壓保護和過流保護二選一）

；寫出心得體會。設計思想變頻器的三個主要組成部分主電路驅動電路控制電路一.主電路設計原理

變頻器分類交-直-交交-交電壓源型電流源型整流部分逆變部分濾波電容限流電阻直流部分均壓電阻直流電流互感器交流電流互感器泵升電壓吸收電路毛刺吸收電路交-直-交電壓源型變壓變頻主電路設計GTR參數計算電壓額定值的計算

UVT=(1.5~2)×(2.34×220×K×A+DU)K——電網電壓升高系數，一般取K=1.1A——電容濾波時電壓升高系數，一般取A=1.04DU——（可能的）泵升電壓150V電流額定值的計算F——沖擊電流系數，一般取F=1.4l——電流過載倍數Ie——額定電流濾波電容的計算A——與負載阻抗角f有關的系數I——逆變器輸出相電流(A)K——由負載引起的直流電壓脈動百分比w——逆變器輸出最低角頻率(s-1)Ud——直流側電壓(V)二.驅動電路總體設計輔助電源電路GTR理想驅動波形tid強導通(2~3)ib迅速關斷驅動電路設計方案一：分立元件方案二：驅動模塊i方案一：分立元件構成的驅動電路方案二：驅動模塊M57215BLM57215BLM57215BL驅動電路原理圖Uin為低電平(0~1V)，GTR模塊的基射極被UEE反向偏置，GTR可靠截止。Uin為高電平(4~5V)，GTR模塊正向偏置，產生驅動電流ib。三.控制電路HEF4752介紹功能原理基本結構及工作原理HEF4752控制功能器件介紹主激勵輸出（逆變器驅動輸出）接到三相逆變器6個開關器件的驅動電路輸入端。第一個字母表示相序數字1、2分別表示上、下橋臂開關元件的PWM激勵信號。AM1AM2CM2CM1BM2BM1器件介紹輔助激勵輸出（換向開關驅動輸出）當逆變器由晶閘管作開關器件時，提供強迫換流信號。第二個字母C表示輔助輸出。AC1AC2BC1BC2CC1CC2AM1AM2CM2CM1BM2BM1器件介紹4個時鐘輸入1.FCT：

頻率控制時鐘：控制逆變器輸出（基波）頻率fOUT，控制轉速。fFCT=3360fOUTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT

HEF4752能自動使輸出電壓與頻率成線性關系。直到100%調制發生時:相鄰脈沖開始合并，輸出電壓有效值為0.624Vd。

fout(nom)=0.624Vd×f1e/V1e器件介紹VCTfVCT(nom)=6720fOUT(nom)AM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT4個時鐘輸入2.VCT

電壓控制時鐘：決定PWM調制深度，從而控制SPWM調制波平均電壓，實現恒Eg/f1控制。減小fvct導致輸出電壓增加，實為“V/f”比增加。例：取fvct=0.5fvct(nom)，就可提高低速時電壓，改善帶載能力。器件介紹4個時鐘輸入3.RCT

頻率參考時鐘（固定值），用于控制逆變器載波最高頻率fs(max)fRCT=280fs(max)RCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介紹4個時鐘輸入4.OCT

輸出延時時鐘,設置互鎖延遲間隔時間，避免同一橋臂上下兩管同時導通。與K配合使用。

延時時間T=8/fOCTK=“0”16/fOCTK=“1”

通常fRCT=fOCTOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介紹7個控制輸入1、A、B、C測試端工作時接地ABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介紹7個控制輸入4.I

驅動晶體管或晶閘管選擇I=“0”驅動晶體管逆變器“1”驅動晶閘管逆變器IABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介紹7個控制輸入5.K(與OCT配合)6.L

起動/停止控制L=“0”輸出調制信號被封鎖“1”輸出SPWM調制信號LIABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介紹7個控制輸入7.CW

相序選擇CW=“0”逆相序C-B-A“1”正相序A-B-CCWLIABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介紹3個控制輸出RSYN：（R相）示波器同步信號，供示波器外同步用。VAV：輸出電壓模擬信號（數字信號,模擬輸出電壓平均值）。CSP：逆變器開關頻率輸出（兩倍于逆變器開關頻率的脈沖串）。RSYNVAVCSPCWLIABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT器件介紹2個電源線UDD正電源線+10V

USS地線UDDUSSRSYNVAVCSPCWLIABCOCTKRCTVCTAM1AM2CM2CM1BM2BM1AC1AC2BC1BC2CC1CC2FCT調制方式雙邊緣正弦調制不同于三角波-正弦波調制法。采用從載波脈沖兩端改變脈沖寬度的雙邊緣正弦調制。優點：在于可獲得兩倍載波頻率的輸出線電壓脈沖，從而可減小低速時的脈動轉矩。調制比hV——重要參數，定義：U為逆變器輸出線電壓有效值UAB為電動機額定線電壓有效值改變調制比hV，就可以改變逆變器輸出電壓U調制比hVηV與時鐘FCT和VCT的“頻率比”成正比

如滿足：0fFCT/fVCT0.5100%hV可見：當固定fVCT時，調制比ηV與fFCT成正比關系，而fFCT又與逆變器輸出頻率fout成正比關系。所以：調節fFCT可調電機轉速，并實現U/fout=常值的“恒磁通控制”?？刂齐娐吩砜刂齐娐凡捎?051+HEF4752其它主要器件：8253可編程定時/計數器ADC0809逐次比較式8位模/數轉換器74LS3738位地址鎖存器2725632K×8位EPROM存儲器CD4527十進制比例乘法器8253可編程計數器/定時器CLK=2M，設為工作方式3（分頻,方波發生器）【PWM載波頻率】【通道2分頻系數Z2】8253通道2，參考時鐘與延遲時鐘：8253可編程計數器/定時器CLK=2M，設為工作方式3（分頻,方波發生器）【通道1分頻系數Z1】8253通道1，電壓控制時鐘fvct(nom)：Vd:直流側電壓f1e:電機額定頻率V1e:電機額定電壓【通道0：最大、最小分頻系數596～6】0：頻率控制時鐘8253通道0，頻率控制時鐘ffct：4527比例乘法器當輸出頻率在1~100Hz之間變化時，計算機控制8253的0通道（分頻系數）從6~596變化。但變化的臺階較大，故增加細分電路。頻率將受到8253和