转速电流双闭环控制pwm可逆直流调速系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

转速电流双闭环控制pwm可逆直流调速系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

复原程序，以提高系统的可靠性；④可采用数字滤波来提高系统的抗干扰性能；⑤ 可采用数字反馈来提高系统的精度；⑥容易与上一级计算机交换信息；⑦具有信息存储、数据通信的功能；⑧成本较低。 而且，直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，又是交流调速系统的基础，因此，应首先着重研究直流调速系统，这样才可在掌握调速系统的基本理论下更好的对交流调速系统进行研究和探索。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及武汉工程大学课程设计 3 相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工 作场合，提高其使用效率。 并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个生产领域。 设计任务和要求 1． 题目 ： PWM 可逆直流调速 系统 的设计 2． 要求 设计一个 转速、电流双闭环控制 PWM 可逆直流调速系统。 电动机控制电源采用 H型 PWM 功率放大器，其占空比变化为 0～ ～ 1 时，对应输出电压为 264V～ 0～ 264V，为电机提供最大电流 25A。 速度检测采用光电编码器（光电脉冲信号发生器），且其输出的 A、 B 两相脉冲经光电隔离辩相后获得每 转 1024 个脉冲角度分辨力和方向信号。 电流传感器采用霍尔电流传感器，其原副边电流比为 1000： 1，额定电流 50A。 已知： （ 1）直流电动机： PN = 3 kW， nN = 1500 r/min， UN = 220 V， IN = A， 电枢回路总电阻 R=， 电磁时间常数 Tl=， 机电时间常数 Tm=， 电动势系数Ce=（ )； （ 2） H 型 PWM 功率 变换器 ：工作频率 为 2kHz，采用单极性 /双极性工作方式 ； （ 3） 直流电源电压： 264V； （ 4） 主要技术指标：调速范围 为 01500 r/min， 电流过载倍数 为 倍 ， 速度控制精度 % （额定转速时）。 3． 内容 （ 1） 完成系统理论与仿真分析 1）进行系统参数计算，完成转速、电流调节器的结构和参数设计； 2）利用 Matlab/Simulink 建立系统的仿真模型， 对整个调速系统 的动态性能（给定输入的跟随性能和负载与电网电压扰动下的抗扰性能）进行仿真分析。 武汉工程大学课程设计 4 （ 2） 完成系统电气原理图的设计（包括电路原理图设计、参数计算、元器件选型） 1） 主 电路 的设计； 2） PWM 脉冲信号产生电 路的设计； 3）转速、电流调节器及其限幅电路的设计 ； 4）转速、电流检测电路的设计； 5） 保护 电路的设计； 6）辅助电源电路的设计。 （ 3） PCB 板的设计、制作与调试（根据时间选做） ： 本文主要是在分析系统组成原理的基础上，完成 过电流保护电 路 的设计 ，具体任务如下： （ 1）通过分析设计要求确定 电路的结构。 （ 2）完成电路参数计算及其元器件的选型。 （ 3）画出电路电气原理图。 武汉工程大学课程设计 5 2 系统组成及基本原理 直流调速系统具有良好的起、制动性能，可以在较宽的调速范围内实现平滑调速，较快的动态响应过程，并且低速运转时力矩大这些极好的运行性能和控制特性，尽管它不如交流调速系统那样结构简单、制造和维护方便、价格便宜。 但是长期以来，直流调速系统一直占据重要地位。 当然近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流 调速系统发展很快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统。 但是就目前来看，在纺织印染、造纸印刷、数控机床、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、通讯设备、雷达设备，仍然广泛采用直流调速系统。 而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。 直流调速系统的调速原理 PWM 是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。 在 PWM 驱动控制的调 整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。 通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。 因此， PWM又被称为“开关驱动装置”。 本系统通过 PWM 控制芯片 SG3525 实现对直流电机的平滑调速。 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广范围内平滑调速，所以由晶闸管 — 直流电动机（ V— M）组成的直流调速系统是目前应用较普遍的一种电力传动自动化控制系统。 它在理论上实践上都比较成熟，而且从闭环控制的角度看，它又是交流调速系统的基础。 从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统（伺服系统）、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此，调速系统是最基本的电力拖动控制系统。 直流电动机的转速和其它参量的关系和用式 表示 eKIRUn （ ） 式 中： n—— 电动机转速； 武汉工程大学课程设计 6 U—— 电枢 供电电压； I—— 电枢电流； R—— 电枢回路总电阻，单位为  ； K —— 由电机机构决定的电势系数。 在上式 中， K 是常数，电流 I 是由负载决定的，因此，调节电动机的转速可以有三种方法： （ 1）调节电枢供电电压 U； （ 2）减弱励磁磁通 ； （ 3）改变电枢回路电阻 R。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式最好。 改变电阻只能实现有级调速；减弱励磁磁通虽然能够平滑调速，但调速的范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上做小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以改变电压调速为主。 双闭环调速的过程和工作原理 双闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速（电压）低于给定值，速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅 值，速度调节器工作在开环状态，速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器，此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号，直流电压迅速上升，电流也随即增大直到等于最大给定值，电动机以最大电流恒流加速启动。 电动机的最大电流（堵转电流）可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。 在电动机转速上升到给定转速后，速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零，速度调节器和电流调节器退出饱和状态，闭环调节开始起作用。 对负载引起的转速波动，速度调节器输入端产生的偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压 ，使整流桥输出的直流电压相应变化，从而校正和补偿电动机的转速偏差。 另外电流调节器的小时间常数，还能够对因电网波动引起的电动机电枢电流的变化进行快速调节，可以在电动机转速还未来得及发生改变时，迅速使电流恢复到原来值，从而使速度更好地稳定于某一转速下运行。 武汉工程大学课程设计 7 双闭环直流调速系统的组成 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。 两者之间实行嵌套连接，如图。 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。 +Un *A S R+A C R U P E MT GnU i*Ui+UnT AIUd+Id 图 转速、电流双闭环直流调速系统 其中： ASR— 转速调节器， ACR— 电流调节器， T— 测速发电机， TA— 电流互感器，UPE— 电力电子变化装置， *nU — 转速给定电压， nU — 转速反馈电压， *iU — 电流给定电压 ，iU — 电流反馈电压。 主电路图 H 桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图所示。 PWM 逆变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容 C0 滤波，以获得恒定的直流电压 Ud =264V，由于电容量较大，突加电源时相当短路，势必产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管。 为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间。