运动控制课程设计-不可逆直流PWM双闭环调速系统.docVIP

运动控制课程设计： 不可逆直流PWM双闭环调速系统 运动控制课程设计 给定条件、技术指标： 系统形式：不可逆（无制动功能）直流PWM双闭环调速系统 直流电动机（他励、立此电路参数略）： 额定功率PN为10KW、额定转速nN为1500r/min、额定电流IN为51.82A、额定电压Un为220V、电枢电阻Ra为0.26Ω、允许过载倍数λ=1.5 系统总飞轮矩GD2：10.1Nm2 测速发电机：额定转速为1900r/min、额定电压为110V、额定电流为0.21A 电流检测：采用霍尔电流传感器 电枢回路总电阻（计及整流器的等效内阻等）：R=3Ra 脉宽调制器的调制波周期TPWM设计值（建议）为100μs 系统技术指标： 调速范围D=20、静差率s0.05、电流超调量σi%5%、 空载启动到额定转速时的转速超调量σn%10% 最小不间断电枢电流IMIN=5%IN 2、设计内容 ⑴调速方案的选择与论证 要求通过方案比较后，主电路采用三相整流变压器降压、二极管三相桥式整流、电容滤波获得斩波输入直流电源， IGBT 直流降压斩波器获得可控直流电源的方案；控制系统采用转速、电流双闭环控制方案。 ⑵主电路设计计算 主要包括：整流变压器计算 二次侧电压计算，一次侧、二次侧电流计算，容量计算，整流二极管选择，滤波电容选择，IGBT 选择，保护元件的选择、平波电抗器电感计算。 ⑶IGBT驱动电路的选用（设计） ⑷控制器设计计算 主要包括：脉宽调制集成电路的选用，转速反馈环节和电流反馈环节的设计计算，调速系统的稳态参数计算，运用工程设计方法进行电流调节器和转速调节器的设计等。 主电路设计计算： 1、整流变压器的计算 考虑电源电网波动系数 三相桥式整流电压系数 直流斩波器输入电压: 电枢回路平波电抗器为: 则 一次测容量： 2、整流变压器的选择 （1）整流二极管的选择 在一个电源周期中，整流器输出电流有6个波头，流过每一个二极管的是其中两个波头，因此流过二极管电流有效值 。 二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值， 。 考虑 3-5 倍的裕量，取整流二极管参数为： 。 由此我选用了三菱公司的 CM300DY-24A，此二极管的参数： （2）滤波电容的选择 电机的额定功率为10KW,为了保证电压的纹波系数足够小，取滤波电容为几千uF 级。因此，选用4700Uf/450V 的电容作为滤波电容。 （3）IGBT 选择 主电路正常工作电流为51.82A，主回路电源电压为180V，考虑到留有充分的裕量，取IGBT 为 IR 公司的 IRKT162-12，其参数为 1200V/110A。 其栅极电阻取为。 二、IGBT 驱动电路的选用 本系统IGBT的驱动电路采用美国IR公司的IR2110驱动器，它兼有光耦隔离（体积小）和电磁隔离（速度快）的优点。输出端电压范围是10-20V,逻辑端电眼范围是5-15V。工作频率高达500kHz，开通、关断延时小，分别为120ns和94ns。 由于设计要求，由公式可以计算得出。但是一般锯齿波发生最好选取大电阻小电容或小电阻大电容组合。我这里选取 三、控制器设计计算 1、脉宽调制集成电路的选用 采用电压脉宽型 PWM 控制芯片SG3524A，以及IR2110驱动芯片，用功率开关器件IGBT模块方案实现直流供电。 SG3524A是电压型PWM 集成控制器，外接元器件少，性能好，包括开关稳压所需的全部控制电路。其主要特性包括：外同步、软启动功能；死区调节、欠压锁定功能；误差放大以及关闭输出驱动信号等功能； 输出级采用推挽式电路结构，关断速度快，输出电流士400mA；可提供精密度为5V 士1％ 的基准电压；开关频率范围100Hz-400KHz。其内部结构主要包括基准电压源、欠压锁定电路、锯齿波振荡器、误差放大器等，如图所示。 SG3524内部结构图 2、电动机部分参数计算 （1）电动机的电动势系数 （2）系统的机电时间常数： 3、测速发电机部分参数的计算 （1）根据测速发电机的额定数据，有 （2）电位器 RP 的选择方法如下： 为了使测速发电机的电枢压降对转速检测信号的有显著影响，取测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的 20%，则 此时RP 所消耗的功率为 选用的电位器。 4、 PWM 部分参数计算 （1）电压放大倍数： （2）延迟时间： ? ? ? （3）传递函数为： 5、 调速系统稳态参数计算 （1）为满足调速系统的稳态性能指标,额定负载时的稳态速将为： （2）求闭环系统应有的开环放大系数 开环系统的额定速降为： 则闭环系统的开环放大系数应为: