直流电动机转速电流双闭环调速系统设计-2017年10月.docVIP

直流电动机转速电流双闭环调速系统设计 班级:电气0802 姓名: 张铭芮 同组人:王秋亮 巢群 张爱全 指导老师:蔡胜年 目 录 第一章.设计内容及要求 3 第二章.双闭环直流调速系统设计 4 第三章.系统零器件 15 第四章.相关电路图及测试波形 19 第五章．设计总结及心得 24 第六章．参考文献 25 第一章.设计内容及要求 1、设计内容： 1.根据给定参数设计转速电流双闭环直流调速系统 2．使用模拟电路元件实现转速双闭环直流调速系统 2、设计要求： 1.根据设计要求完成双闭环系统的稳态参数设计计算、判断系统的稳定性、绘制系统的稳态结构图 2.按工程设计方法设计转速电流双闭环直流调速系统的调节器，选择调节器结构、利用伯德图完成系统动态校正、计算系统的稳定余量γ及GM、计算调节器参数、绘制系统动态结构图 3.设计采用模拟调节器及MOSFET功率器件实现的转速电流双闭环直流调速系统，使用专用电子电路绘图软件，绘制控制电路及主电路电路图 4.测试双闭环直流调速系统的PWM驱动信号波形，PWM电压波形，电机电流波形，转速反馈波形及控制电路个单元的相关波形 5.提交完整的直流电动机转速电流双环直流调速系统设计，测试结果报告 3、设计参数： 1．直流电动机参数：PN=20W、UN=24V、IN=1.5A、nN=3000r/min、电枢电阻Ra=1.8Ω 、电枢电感La=9.76mH、GD2=16.68N.cm2、Tm=35ms 2．测速发电机参数：Un=80V，nN=3000r/min，PN=16W，IN=200mA，负载电阻R=400Ω 3 .PWM主电路：驱动频率f≥100kHz,R=2.7+1.8=4.5Ω 4.设计指标 转速电流双闭环直流调速系统：U *n=10V，Uim=10V，Idm=1.5IN，σi≤5%，σn≤10%。 第二章.双闭环直流调速系统设计 转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。本章着重阐明其控制规律、性能特点和设计方法，是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 2.1 转速、电流双闭环直流调速系统的成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套联接如下图所示。 图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环.这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 2.2系统电路结构 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用 P I 调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。 2.2.1稳态结构框图和静特性 为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构框图，如下图2-4所示。电流调节器和转速调节器均为具有限幅输出的PI调节器，当输出达到饱和值时，输出量的变化不再影响输出，除非产生反向的输入才能使调节器退出饱和。当输出未达到饱和时，稳态的输入偏差电压总是为零。正常运行时，电流调节器设计成总是不会饱和的，而转速调节器有时运行在饱和输出状态，有时运行在不饱和状态。 图2-4 双闭环直流调速系统的稳态结构图 其中α—转速反馈 β—电流反馈 2.2.3稳态参数的计算 双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数： 转速反馈系数 电流反馈系数 2.3调节器的设计 2.3.1确定时间常数 （1）整流装置滞后时间常数Ts。由设计要求， 装置延长时间 Ts=0.0001s （2）电流滤波时间常数Toi。 （1~2）Toi=0.1ms取Toi=0.00006s （3）电流环小时间常数之和。按小时间常数近似处理，取= Ts+Toi=0.00016s 2. 选择电流调节器的结构 根据设计要求，并保证稳态电流无静差，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型调节器，其传递函数为 式中 ------电流调节器的比例系数； -------电流调节器的超