1、轉速電流雙閉環H形雙極式PWM直流調速系統的設計一 參數計算1 電流環參數的設計：（1） 確定時間常數1) 整流裝置滯后時間常數。因為f=1khz，所以=0.001s2) 電流濾波時間常數。由題中已知條件知=0.001s 3)電流環小時間常數之和。=+=0.001+0.001=0.002s（2）選擇電流調節器的結構 根據設計要求，并保證穩態電流無靜差，因此可按典I系統設計電流調節器ACR。電流調節器ACR選用PI調節器，其傳遞函數如下式： （3）計算電流調節器參數 電流調節器超前時間常數：， 電流環開環增益：要求時，按課本上表3-1，應取，因此 電流反饋系數：因為所以：又根據已知條件知=4.8

2、于是，ACR的比例系數為 （4）校驗近似條件電流環截止頻率:1）校驗晶閘管裝置傳遞函數近似條件： 滿足近似條件。2）校驗忽略反電動勢對電流環影響的條件： 滿足近似條件。3）校驗電流環小時間常數近似處理條件： 滿足近似條件。（5）計算調節器的電阻電容：已知，各電阻和電容值計算如下：， 近似取 ，取。取2.轉速環參數的設計：（1）確定時間常數:1）電流環等效時間常數=2）轉速濾波時間常數由已知條件知3）轉速環小時間常數（2）選擇轉速調節器結構由于設計要求無靜差，且要求設計為典II系統，轉速調節必須含有積分環節;故轉速調節器ASR選擇PI調節器，其傳遞函數為 （3）計算轉速調節器參數：按跟隨和抗擾性

3、能都較好的原則， 取h=5，則ASR的超前時間常數為: 所以轉速環開環增益:轉速反饋系數:由可知：于是，可以算出ASR的比例系數為:（4）校驗近似條件：轉速環截止頻率：1）校驗電流環傳遞函數簡化條件： ，滿足簡化條件。2）校驗小時間常數近似處理條件：，滿足條件。（5）計算調節器電阻和電容：已知，各電阻和電容值計算如下：，可近似取，取，取（6）驗證空載起動到額定轉速時的超調量：當h=5時，查表得，n=37.6%，不能滿足設計要求。實際上，由于這是按線性系統計算的，而突加階躍給定時，ASR飽和，不符合線性系統的前提，應該按ASR退飽和的情況重新計算超調量。設理想空載起動時，負載系數z=0，已知直流

4、電機參數： 0.2 KW，48 V，3.7 A，200 r/min，Ra6.5，R=8；PWM裝置放大系數Ks=4.8；時間常數Tm=0.2s，Tl=0.015s； 當時，；而,又因為 因此 ，滿足空載起動到額定轉速時的超調量的設計要求。（二）直流雙閉環系統的完整硬件實現原理圖如下：（三）原理圖上實現所要求的直流調速系統的原理如下：主電路系統是由10V直流電源，轉速調節器ASR，電流調節器ACR，SG3524芯片，H型雙極式可逆PWM橋式電路，三相整流變壓器、晶閘管整流調速裝置、測速發電機和霍爾電流互感器組成。轉速調節器與電流調節器串極聯結，轉速調節器的輸出作為電流調節器的輸入，再用電流調節器

5、的輸出去控制PWM裝置,然后通過脈沖寬度調制的方法，把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定、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，以調節電機轉速。與此同時，由測速發電機檢測電機的實時轉速，并用霍爾電流互感器對電樞電流進行實時跟蹤，以達到設計要求。（四）原理圖上每個元件選定的依據及其分析：（1）轉速調節器對于一個控制系統而言，最關鍵的是控制器的設計，控制器設計的好壞關系到控制系統性能的優劣。控制器要求實時性強，通用性強，具有較強的智能，在滿足性能指標的前提下應盡可能的簡單。轉速反饋電路如下圖所示，其各個參數在（一）中已經算出，并標注在圖中。這里選用PI控制器，因為設計要求無靜差，且

6、要求設計為典II系統，轉速調節必須含有積分環節，同時，PI控制器還能在滿足設計要求的前提下，盡可能的提高系統的穩定性。 （2）電流調節器電流反饋電路如圖所示，其各個參數在（一）中已算出，并標注在下圖中。由于要求，并保證穩態電流無靜差，所以電流調節器也選擇PI調節器。 （2） SG3524芯片采用集成脈寬調制器SG3524作為脈沖信號發生的核心元件。它的主要作用是用它來產生系統所需要的PWM信號。其結構圖如下：根據主電路中IGBT的開關頻率，選擇適當的,值即可確定振蕩頻率。由初始條件知開關頻率為1kHz，可以選擇，=0.001uf。SG3524采用是定頻PWM電路,DIP-16型封裝。由SG35

7、24構成的基本電路如圖9所示，由15腳輸入+10V電壓。9腳是誤差放大器的輸出端，在1、9引腳之間接入外部阻容元件構成PI調節器，可提高穩態精度。12、13引腳通過電阻與+10V電壓源相連，供內部晶體管工作，由電流調節器輸出的控制電壓作為2引腳輸入，通過其電壓大小調節11、14引腳的輸出脈沖寬度，實現脈寬調制變換器的功能實現。（3）H型雙極式可逆PWM橋式電路 “H”型是雙極性驅動電路的一種，也稱為橋式電路。其電路是由四個晶閘管和四個續流二極管組成，。四個晶閘管分為兩組，VT1和VT4為一組，VT2和VT3為另一組。同一組的晶閘管同步導通或關斷，不同組的晶閘管的導通與關斷正好相反。在每個PWM

8、周期里，當控制信號為高電平時，晶閘管VT1和VT4導通，此時另一組晶閘管輸入信號為低電平，因此VT2和VT3截止。電樞繞組承受從A到B的正向電壓；當控制信號輸入為低電平時，晶閘管VT1和VT4截止，此時另一組晶閘管輸入為高電平，因此VT2和VT3導通，電樞繞組承受從B到A的反向電壓，這就是所謂的“雙極”。 其電路結構圖如下：（4），三相整流變壓器、晶閘管整流調速裝置 整流變壓器和晶閘管整流調速裝置的功能是將輸入的交流電整流后變成直流電。其電路結構圖如下： （5）轉速檢測電路轉速檢測電路如圖12。與電動機同軸安裝一臺測速發電機，從而引出與被調量轉速成正比的負反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉速

9、偏差電壓輸送給轉速調節器。測速發電機的輸出電壓不僅表示轉速的大小，還包含轉速的方向，通過調節電位器即可改變轉速反饋系數。（6）電流檢測電路通過霍爾傳感器測量電流的電流檢測電路原理圖如下圖：（五）實驗心得體會： 在查閱相關資料，聯系所學知識，以及自己的不屑努力下，歷時將近一個月，我終于完成了本次關于“雙閉環控制的H型雙極式PWM直流調速系統的”課程設計。在這次課程設計中，可謂困難重重。它不僅是對自己前面所學電力電子技術和運動控制理論的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種挑戰。以前，從沒獨立完成過如此龐大的課設題目，起初，我不知道如何下手，不知道如何確定控制芯片，也不知道如何連接線路以及如何控制PW

10、M調速。一時間，手忙腳亂，但是在我靜下心來后，我認真的研究課設內容，虛心的查閱相關資料，以及耐心的聯系自己的所學知識后。慢慢的，我對實驗原理有了準確的認識，也明白了原理圖的連接方法，以及如何選擇各個部件。最終在我耐心的設計下，完成了這次課設。通過本次課程設計，一方面培養了我獨立動手，獨立思考，查閱相關資料獨立去發現，面對，分析和解決問題的能力，同時增強了自己理論聯系實踐，學以致用的能力。這大大激發了我對學習課本知識的興趣。在課程設計中，我也接觸到了許多新知識，這大大拓寬了我的視野。然而，另一方面，我也發現我對所學知識掌握的還不夠牢靠，對所學知識的應用還不夠嫻熟，自己的動手和思考能力還有待提高。我明白了學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。 總之，本次課程設計，我受益匪淺。參考文獻：1許曉峰.電機及拖動M.第1版.北京：高等教育出版社，2004.2陳伯時.電力拖動自動控制系統M.第3版.北京：機械工業出版社，2003.3