1、湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱課程名稱 運(yùn)動控制系統(tǒng) 課題名稱課題名稱 可逆直流脈寬雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專專 業(yè)業(yè) 班班 級級 學(xué)學(xué) 號號 姓姓 名名 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 2011 年年 9 月月 13 日日湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱課程名稱： 運(yùn)動控制系統(tǒng)題題 目目：可逆直流脈寬雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 審 批： 任務(wù)書下達(dá)日期 2011 年 09 月 13 日課程設(shè)計(jì)完成日期 2011 年 09 月 23 日 設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求一設(shè)計(jì)內(nèi)容：1 電路功能：1）用脈寬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速。能實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)的調(diào)節(jié)和控制，能實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行。2）

2、 電路由主電路與控制電路組成，主電路主要環(huán)節(jié)：主電力電子開關(guān)器件與續(xù)流管。控制電路主要環(huán)節(jié)：脈寬調(diào)制 pwm 電路、電壓電流檢測單元、調(diào)節(jié)器，驅(qū)動電路、檢測與故障保護(hù)電路。3） 主電路電力電子開關(guān)器件采用 gtr、igbt 或 mosfet。4） 系統(tǒng)具有完善的保護(hù)2. 系統(tǒng)總體方案確定3. 主電路設(shè)計(jì)與分析1）確定主電路方案2）主電路元器件的計(jì)算及選型3）主電路保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)4. 控制電路設(shè)計(jì)與分析1）檢測電路設(shè)計(jì)2）功能單元電路設(shè)計(jì)3）調(diào)節(jié)控制電路參數(shù)確定二設(shè)計(jì)要求：1 設(shè)計(jì)思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；2 單元電路設(shè)計(jì)，給出具體設(shè)計(jì)思路和電路；3 分析所有單元電路與總電路的工作原理，并給出必

3、要的波形分析。4 繪制總電路圖5 寫出設(shè)計(jì)報(bào)告； 主要設(shè)計(jì)條件1設(shè)計(jì)依據(jù)主要參數(shù)1) 輸入電壓：（ac）220（1+15%）、輸出電壓：0300vdc2) 最大輸出電壓、電流根據(jù)電機(jī)功率予以選擇3) 要求電機(jī)能實(shí)現(xiàn)雙向無級調(diào)速，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。4) 電機(jī)型號布置任務(wù)時(shí)給定 2. 可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試或仿真調(diào)試 說明書格式1課程設(shè)計(jì)封面；2任務(wù)書；3說明書目錄；4設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖（總電路圖）；5單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）；6故障分析與電路改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)及仿真等。7總結(jié)與體會；8附錄（完整的總電路圖）；9參考文獻(xiàn)；10、課程設(shè)計(jì)成績評分表 進(jìn) 度 安 排 第一周星期一:課題內(nèi)容介紹和查找資料；

4、 星期二:總體電路方案確定 星期三:主電路設(shè)計(jì)星期四:控制電路設(shè)計(jì) 星期五:控制電路設(shè)計(jì)；第二周星期一: 控制電路設(shè)計(jì)星期二：電路原理及波形分析、實(shí)驗(yàn)調(diào)試及仿真等星期四五:寫設(shè)計(jì)報(bào)告，打印相關(guān)圖紙； 星期五下午:答辯及資料整理 參 考 文 獻(xiàn)1陳伯時(shí)運(yùn)動控制系統(tǒng)機(jī)械工業(yè)出版社，2008 2王兆安 黃俊電力電子技術(shù)（第 4 版）機(jī)械工業(yè)出版社，20003莫正康電力電子技術(shù)應(yīng)用（第 3 版）機(jī)械工業(yè)出版社，20004鄭瓊林 耿學(xué)文電力電子電路精選機(jī)械工業(yè)出版社，19965劉定建 朱丹霞實(shí)用晶閘管電路大全機(jī)械工業(yè)出版社，19966劉祖潤 胡俊達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)機(jī)械工業(yè)出版社，19957. 劉星平電力電子

5、技術(shù)及電力拖動自動控制系統(tǒng)校內(nèi)，19998. 劉星平. 運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，校內(nèi)，20099. 劉星平.一種新型雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。電氣自動化。2003.4目 錄交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說明書交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說明書.1一、方案確定一、方案確定.11.1 方案選定.11.2 橋式可逆 pwm 變換器的工作原理.21.3 系統(tǒng)控制電路圖.51.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析.61.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖.6二、硬件結(jié)構(gòu)二、硬件結(jié)構(gòu).82.1 主電路.92.2 泵升電壓限制.11三、主電路參數(shù)計(jì)算和元件選擇三、主電路參數(shù)計(jì)算和元件選擇.123.1 整流二極管的選擇.1

6、23.2 絕緣柵雙極晶體管的選擇.13四、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇四、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇.144.1 調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法的基本思路.144.2 電流環(huán)的設(shè)計(jì).144.3 確定時(shí)間常數(shù).154.4 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu).174.5 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù).174.6 檢驗(yàn)近似條件.174.7 計(jì)算 acr 的電阻和電容 .18五轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)五轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì).195.1 確定時(shí)間常數(shù).195.2 asr 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).195.3 選擇 asr 參數(shù).195.4 校驗(yàn)近似條件.195.5 計(jì)算 asr 電阻和電容.205.6 檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量.205.7 校驗(yàn)過渡過程時(shí)間.21六六 反饋單元反饋單元.226.1 轉(zhuǎn)

7、速檢測裝置選擇.226.2 電流檢測單元.22七七 系統(tǒng)總電路圖系統(tǒng)總電路圖.23心得體會心得體會.24交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說明書交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說明書一、方案確定一、方案確定1.1 方案選定方案選定直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串極聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制 pwm 裝置。其中脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。總體方案簡化圖如圖 1 所示。asracrpwmksr1/ceun*ui*

8、nid-圖 1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化圖 用雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)方法，雖然相對成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對生產(chǎn)工藝的要求的滿足，既保證了穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定，同時(shí)也兼顧了啟動時(shí)啟動電流的動態(tài)過程。在啟動過程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，很好的滿足了生產(chǎn)需求。 1.2 橋式可逆橋式可逆 pwm 變換器的工作原理變換器的工作原理脈寬調(diào)制器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定寬度可變的脈沖電壓序列，從而平均輸出電壓的大小

9、，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。橋式可逆 pwm 變換器電路如圖 2 所示。這是電動機(jī) m 兩端電壓的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動電壓的極性變化而變化。abumgmot or dcvt1vt2vd1vd2vt3vt4vd3vd4ug1ug2ug3ug4us圖 2 橋式可逆 pwm 變換器電路雙極式控制可逆 pwm 變換器的四個(gè)驅(qū)動電壓波形如圖 3 所示。ooooug1ug4ug2ug3uabus-usidid1id2tttttonttont圖 3 pwm 變換器的驅(qū)動電壓波形他們的關(guān)系是：。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)1423gggguuuu 時(shí)，晶體管、飽和導(dǎo)通而、截止，這時(shí)0ontt 1vt4vt3vt2vt。當(dāng)時(shí)，、截

10、止，但、不能立即導(dǎo)absuuonttt 1vt4vt3vt2vt通，電樞電流經(jīng)、續(xù)流，這時(shí)。在一個(gè)周di2vd3vdabsuu abu期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式 pwm 變換器的特征，其電壓、電流波形如圖 2 所示。電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，則的平均值為正，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，2onttabu當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等，平均輸出2ontt電壓為零，則電動機(jī)停止。雙極式控制可逆 pwm 變換器的輸出平均電壓為21ononondssttttuuuttt如果定義占空比，電壓系數(shù)onttdsuu則在雙極式可逆變換器中21調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為 01 相應(yīng)的。當(dāng)時(shí)

11、，11 12為正，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)12時(shí)，電動機(jī)停止。但電動機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于120零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電動機(jī)停止時(shí)仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用。雙極式控制的橋式可逆 pwm 變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：1）電流一定連續(xù)。2）可使電動機(jī)在四象限運(yùn)行。3）電動機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。4）低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。控制電路如下所示。主要組

12、成部分有信號設(shè)定（頻率給定、給定積分器）、正弦參考信號幅值和頻率控制電路（絕對值運(yùn)算器、壓控振蕩器、函數(shù)發(fā)生器、極性鑒別器）、pwm 波發(fā)生器（三相正弦波發(fā)生器、鎖相環(huán)、三相波載波發(fā)生器、比較器）及與主電路相隔離的電壓/電流檢測回路、驅(qū)動回路及保護(hù)回路。 1.3 系統(tǒng)控制電路圖系統(tǒng)控制電路圖控制電路如下所示。主要組成部分有信號設(shè)定（頻率給定、給定積分器）、正弦參考信號幅值和頻率控制電路（絕對值運(yùn)算器、壓控振蕩器、函數(shù)發(fā)生器、極性鑒別器）、pwm 波發(fā)生器（三相正弦波發(fā)生器、鎖相環(huán)、三相波載波發(fā)生器、比較器）及與主電路相隔離的電壓/電流檢測回路、驅(qū)動回路及保護(hù)回路 通用型 pwm 變頻器原理圖框

13、圖 1.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析由于采用了脈寬調(diào)制，電流波形都是連續(xù)的，因而機(jī)械特性關(guān)系式比較簡單，電壓平衡方程如下 .dsddiuriledt(0)ontt dsddiuriledt()onttt 按電壓平衡方程求一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機(jī)械特性方程式，電樞兩端在一個(gè)周期內(nèi)的電壓都是，平均電流用表示，dsuudi平均轉(zhuǎn)速，而電樞電感壓降的平均值在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。/ene cddildt于是其平均值方程可以寫成sddeurieric n則機(jī)械特性方程式0sddeeeurrniniccc 1.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)

14、圖首先要畫出雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 4 所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握 pi 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般存在兩種狀況：飽和輸出達(dá)到限幅值；不飽和輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，pi 作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是為零。圖 4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。為了獲得近似理想的過度過程，并克服幾個(gè)信號綜合于一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，最好的方法就是將被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量電流分開加以控制，用兩個(gè)

15、調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。所以本文選擇方案二作為設(shè)計(jì)的最終方案。如圖 5 為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理.圖 5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖二、硬件結(jié)構(gòu)二、硬件結(jié)構(gòu)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路中的 upe 是直流 pwm 功率變換器。系統(tǒng)的特點(diǎn)：雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)脈沖觸發(fā)、轉(zhuǎn)速給定和檢測。由軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)，系統(tǒng)由主電路、檢測電路、控制電路、給定電路、顯示電路組成。如圖 6 為雙閉環(huán)直流 pwm 調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。圖 6 雙閉環(huán)直流 pwm 調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.1 主電路主電路 主電路由二極管整流器 ur、pwm 逆變器 ui 和中間直流電路三部分組成，一般都是電

16、壓源型的，采用大電容 c 濾波，同時(shí)兼有無功功率交換的作用。可逆 pwm 變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱 h形）電路，如圖 7 為橋式可逆 pwm 變換器。這時(shí)電動機(jī) m 兩端電壓uab 的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動電壓極性的變化而變化，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，本設(shè)計(jì)用的是雙極性控制的可逆 pwm 變換器。雙極性控制的橋式可逆 pwm 變換器有電流一定連續(xù)、可使電動機(jī)在四象限運(yùn)行、電動機(jī)停止時(shí)有微振電流可消除靜摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。圖 7 橋式可逆 pwm 變換器圖 8 為雙極式控制時(shí)的輸出電壓和電流波形。相當(dāng)于一般負(fù)1id載的情況，脈動電流的方向始終為正；

17、相當(dāng)于輕載情況，電流可2id在正負(fù)方向之間脈動，但平均值仍為正，等于負(fù)載電流。圖 8 雙極式控制時(shí)的輸出電壓和電流波形雙極性控制可控 pwm 變換器的輸出平均電壓為 sonsonsonuttutttutt) 12(ud轉(zhuǎn)速反饋電路如圖 9 所示，由測速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，由初始條件知濾波時(shí)間常數(shù)。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入0.012sont相同時(shí)間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。r0/2r0/2r0/2r0/2rnrbalcnconconui*un*-un圖 9 轉(zhuǎn)速反饋電路2.2 泵升電壓限制泵升電壓限制當(dāng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動機(jī)減速或停車時(shí),儲存在電機(jī)

18、和負(fù)載傳動部分的動能將變成電能，并通過 pwm 變壓器回饋給直流電源。一般直流電源由不可控的整流器供電，不可能回饋電能，只好對濾波電容器充電而使電源電壓升高，稱作“泵升電壓”。如果要讓電容器全部吸收回饋能量，將需要很大的電容量，或者迫使泵升電壓很高而損壞元器件。在不希望使用大量電容器（在容量為幾千瓦的調(diào)速系統(tǒng)中，電容至少要幾千微法）從而大大增加調(diào)速裝置的體積和重量時(shí)，可以采用由分流電阻 r 和開關(guān)管 vt 組成的泵升電壓限制電路，用 r 來消耗掉部分動能。r 的分流電路靠開個(gè)器件 vt 在泵升電壓達(dá)到允許數(shù)值時(shí)接通。三、主電路參數(shù)計(jì)算和元件選擇三、主電路參數(shù)計(jì)算和元件選擇主電路參數(shù)計(jì)算包括整流

19、二極管計(jì)算，濾波電容計(jì)算、功率開關(guān)管 igbt 的選擇及各種保護(hù)裝置的計(jì)算和選擇等。3.1 整流二極管的選擇整流二極管的選擇根據(jù)二極管的最大整流平均 和最高反向工作電壓 分別應(yīng)滿firu足：（a）3 . 32/61 . 121 . 1i)(favoi（v）17111021 . 121 . 1u2ru選用大功率硅整流二極管，型號和參數(shù)如下所示：型號額定正向平均電流（a)fi額定反向峰值電壓urm（v)正向平均壓降 （v)fu反向平均漏電流 ri（ma)散熱器型號zp10a1020020000.50.76sz14在設(shè)計(jì)主電路時(shí)，濾波電容是根據(jù)負(fù)載的情況來選擇電容 c 值，使rc（35）t/2，且有

20、（v)9495. 01109 . 0umaxd，即 c15000uf2.00.51c2故此，選用型號為 cd15 的鋁電解電容，其額定直流電壓為 400v，標(biāo)稱容量為 22000uf。3.2 絕緣柵雙極晶體管的選擇絕緣柵雙極晶體管的選擇最大工作電流imax2us/r=440/0.45=978(a)集電極發(fā)射極反向擊穿電壓 (23)）（ceobv）（ceobvus=440660v四、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇四、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇4.1 調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法的基本思路調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法的基本思路 先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度。再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)

21、多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展。在這里是：先從電流環(huán)人手，首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。4.2 電流環(huán)的設(shè)計(jì)電流環(huán)的設(shè)計(jì)h 型單極式 pwm 變換器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，采用寬調(diào)速直流電動機(jī)。額定力矩為 4.9nm，電樞電阻 ra=1.64，電樞回路總電感l(wèi)=10.2mh，額定電流=6a，額定電壓=110v。nominomu調(diào)速系統(tǒng)的最小負(fù)載電流=1a，電源電壓=122v，電力晶體管oisu集電極電阻=2.5，設(shè)=2。=1000r/min，電樞回路總cr1k2k電阻 r=2,電流過載倍數(shù) =2。如圖 10 為

22、電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖圖 10 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖4.3 確定時(shí)間常數(shù)確定時(shí)間常數(shù)rvnirucnnanemin/1 . 01000664. 1110sccrgdtmem08. 0301 . 037525 . 137522srltl005. 02102 .103（1）脈寬調(diào)制器和 pwm 變換器的滯后時(shí)間常數(shù)與傳遞函數(shù)pwmt的計(jì)算電動機(jī)的啟動電流為 122612ssuiaar啟動電流與額定電流比為 6110.1676ssnii晶體管放大區(qū)的時(shí)間常數(shù)為 6110.15922 3.14 10cetssf電流上升時(shí)間的計(jì)算公式為 rt 11ln0.95rcekttk式中晶體管導(dǎo)通時(shí)的過飽和驅(qū)動系數(shù)，取=2 則 1

23、k1k112ln0.159ln0.1030.9520.95rcekttssk電流下降時(shí)間的計(jì)算公式為 ft 221ln0.05fcekttk式中晶體管截止時(shí)的負(fù)向過驅(qū)動系數(shù)，取=22k2k則 22112ln0.159ln0.0610.050.052fcekttssk又 10.25.10.00512lltmsmssr最佳開關(guān)頻率為 2332610.1670.3320.3324434.8()0.0051 (0.1030.061) 10soplrffhzhzttt開關(guān)頻率 f 選為 4.4khz，此開關(guān)頻率已能滿足電流連續(xù)的要求。于是開關(guān)周期10.23pwmtmsf脈寬調(diào)制器和 pwm 變換器的放大

24、系數(shù)為 *1101110dpwmiuku于是可得脈寬調(diào)制器和 pwm 變換器的傳遞函數(shù)為11( )10.000231pwmpwmpwmkwstss（2）電流濾波時(shí)間常數(shù) 取 0.5msoit（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) 0.230.50.73ipwmoitttmsmsms4.4 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，而且%5%i/5.1/0.736.9910litt因此可以按典型 i 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器選用 pi 型，其傳遞函數(shù)為 *1( )iacriiswsks4.5 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 0.0051ilts要求時(shí)，應(yīng)取，因此%5%i0.5iikt 110.50.5

25、684.930.00073iiksst又 *100.833/2 6imnuvai于是 684.93 0.0051 20.760.833 11iiipwmrkkk4.6 檢驗(yàn)近似條件檢驗(yàn)近似條件 1684.93ciiks（1）要求，現(xiàn)13cipwmt。1111s1449.333 0.00023cipwmst（2）要求，現(xiàn)13cimlt t。111133130.890.103 0.0051cimlsst t（3）要求，113cipwmoitt現(xiàn)。11111982.95330.00023 0.0005cipwmoistt可見均滿足要求。4.7 計(jì)算計(jì)算 acr 的電阻和電容的電阻和電容取=40k，則

26、0r ，取00.76 4030.4iirkrk30irk 60.0051100.1730000iiicffr 63044 0.0005100.0540 10oioitcffr按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)指標(biāo)為，4.3%5%i故滿足設(shè)計(jì)要求。五轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)五轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)5.1 確定時(shí)間常數(shù)確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為22 0.00730.00146sit（2）取轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)0.005onts（3）20.001460.0050.00646niontttsss5.2 asr 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)穩(wěn)態(tài)無靜差及其他動態(tài)指標(biāo)要求，按典型 ii 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)，asr 選用 pi 調(diào)節(jié)

27、器，其傳遞函數(shù)為 1( )nasrnnswsks5.3 選擇選擇 asr 參數(shù)參數(shù)取 h=5，則5 0.006460.0323nnhtss 22222162875.522 25 0.00646nnhkssh t則 (1)6 0.833 0.09016 0.10335.9222 5 0.01 2 0.00646emnnhc tkh rt 5.4 校驗(yàn)近似條件校驗(yàn)近似條件 12875.5 0.032392.88cnnnks（1）要求，現(xiàn)。15cnit111273.9755 0.00073cnist（2）要求，1132cniont t現(xiàn)111111123.4s3232 0.00073 0.005cn

28、ionst t可見均能滿足要求。5.5 計(jì)算計(jì)算 asr 電阻和電容電阻和電容取，則040rk ，取 1440035.92 401436.8nnrk rkk k ，取 0.1630.0323100.0221440 10nnncffrf 63044 0.005100.540 10onontcffr5.6 檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量 maxn%() 2()nnbnmcntzcnt當(dāng) h=5 時(shí)，而max%81.2%bcc，因此6 2133.1minmin0.09016nnei rrrnc133.10.00646%81.2% 2 10.16714.8%20%10000.103n 可見轉(zhuǎn)速超調(diào)量滿足要求。5.7 校驗(yàn)過渡過程時(shí)間校驗(yàn)過渡過程時(shí)間空載起動到額定轉(zhuǎn)速的過渡過程時(shí)間120.09016 0.103 10000.390.52 2 6emnsnc t ntttssr i 可見能滿足設(shè)計(jì)要求。六六 反饋單元反饋單元6.1 轉(zhuǎn)速檢測裝置選擇轉(zhuǎn)速檢測裝置選擇選測速發(fā)電機(jī) 永磁式