1、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計電氣與控制工程已知參數(shù)：某轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的已知參數(shù)為：（1）電動機參數(shù)：，,，；（2）功率放大器：放大倍數(shù)，；（3）其它參數(shù)：電樞回路總電感,最大允許電流，asr和acr的輸出限幅值均為,最大轉速給定電壓,電流反饋濾波時間常數(shù)為，轉速反饋濾波時間常數(shù)為。設計指標：電流超調量,轉速無靜差，空載起動到額定轉速時的轉速超調量,過度過程時間。1、 電流調節(jié)器設計（一）參數(shù)計算（1） 確定時間常數(shù) 電流濾波時間常數(shù) 電流環(huán)小時間常數(shù)之和 電磁時間常數(shù) （2） 選擇電流調節(jié)器結構 根據(jù)設計要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，按典型i型系統(tǒng)設計，采用pi型電流調節(jié)器。其傳遞函數(shù)形式如

2、： （3） 計算電流調節(jié)器參數(shù) 電流調節(jié)器超前時間常數(shù)：電流環(huán)開環(huán)增益：要求，按表3-1，應取，因此電流反饋系數(shù)為于是，acr的比例系數(shù)為 電流調節(jié)器傳遞函數(shù)為 （4） 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：1） 校驗晶閘管整流裝置換地函數(shù)的近似條件滿足近似條件2） 校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件滿足近似條件（5）計算調節(jié)器電阻和電容根據(jù)運算放大器的電路原理，選，各電阻和電容值計算如下按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為滿足設計要求含給定濾波和反饋濾波的pi型電流調節(jié)器（二）仿真模型（三）仿真結果2、 轉速調節(jié)器設計（一）參數(shù)計算（1） 確定時間常數(shù) 轉速濾波時間常數(shù) 轉速環(huán)小時間常數(shù)（2

3、） 選擇轉速調節(jié)器結構按照設計要求，選用pi調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為（3） 計算轉速調節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取，則asr的超前時間常數(shù)為轉速環(huán)開環(huán)增益為asr的比例系數(shù)為其中，轉速調節(jié)器傳遞函數(shù)為 （4） 檢驗近似條件轉速環(huán)截止頻率為 1） 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 滿足近似條件2） 轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 滿足近似條件3）計算調節(jié)器電阻和電容含給定濾波與反饋濾波的pi型轉速調節(jié)器取，則 取取 取（二）仿真模型（三）仿真結果3、 系統(tǒng)硬件設計（1） 原理圖（2） 整流電路整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?。本設計采用三相橋式全控整流電路，其原理圖如圖所

4、示，陰極連接在一起的3個晶閘管（vt1、vt3、vt5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（vt4、vt6、vt2）稱為共陽極組。這種整流電路的輸出電壓一周期脈動6次，每次脈動的波形完全相同，故該電路為6脈動整流電路。（3） pwm變換器脈寬調速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調制式變換器，簡稱pwm變換器。直流電動機pwm控制系統(tǒng)分為不可逆和可逆系統(tǒng)。不可逆系統(tǒng)是指電動機只能單向旋轉；可逆系統(tǒng)是指電動機可以正反兩個方向旋轉。對于可逆系統(tǒng)，又可以分為單極性驅動和雙極性驅動兩種方式。單極性驅動是指在一個pwm周期里，作用在電樞兩端的脈沖電壓是單一極性的；雙極性驅動是指在一個pwm周期里，作用在電樞兩

5、端的脈沖電壓是正負交替的。本設計采用雙極性驅動可逆pwm變換器。如圖是h型雙極性可逆pwm變換器原理圖。它包含有4個igbt 管和4個續(xù)流二極管。4個igbt管分成兩組，vt1，vt4為一組；vt2，vt3為另一組。同一組的igbt管同時導通或截止，不同組的igbt管的導通與截止是不相同的。（4） 泵升限制電路當脈寬調速系統(tǒng)的電動機轉速由高變低時（減速或者停車），儲存在電動機和負載轉動部分的動能將會變成電能，并通過雙極式可逆 pwm 變換器回送給直流電源。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回送電能，電機制動時只好給濾波電容充電，從而使電容兩端電壓升高，稱作“泵升電壓”。過高的泵升電壓會損壞

6、元器件，所以必須采取預防措施，防止過高的泵升電壓出現(xiàn)?？梢圆捎糜煞至麟娮鑢和開關元件（電力電子器件）vt組成的泵升電壓限制電路，如圖所示。當濾波電容器c兩端的電壓超過規(guī)定的泵升電壓允許數(shù)值時，vt導通，將回饋能量的一部分消耗在分流電阻r上。在本設計中泵升電路電解電容選取c=2200f；電壓u=450v；vt選取irgpc50u 型號的igbt管；電阻選取r=20。（5） 按鍵電路獨立式按鍵電路如圖所示，這種獨立式按鍵電路所需器件比較少、軟件編程結構比較簡單，在此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻的接入保證了冷按鍵斷開時，i/o口線上有確定的高電平。通過軟件編程實現(xiàn)如下功能：當按下1鍵時

7、，電動機啟動；當按下2鍵時，電動機正轉；當按下3鍵時，電動機反轉；當按下4鍵時，電動機停止；當按下5鍵時，電動機加速；當按下6鍵時，電動機減速。四、直流調速原理 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構 直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)由給定電壓、轉速調節(jié)器、電流調節(jié)器、三相集成觸發(fā)器、三相全控橋、直流電動機及轉速、電流檢測裝置組成。兩個調節(jié)器均采用帶限幅作用的pi調節(jié)器。轉速調節(jié)器asr的輸出限幅電壓決定了電流給定的最大值，電流調節(jié)器acr的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。當調節(jié)器飽和時，輸出達到限幅值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調節(jié)器退保和。 為了實

8、現(xiàn)電流的實時控制和快速跟隨，希望電流調節(jié)器不要進入飽和狀態(tài)。由于調速系統(tǒng)的主要被控量是轉速, 故把轉速負反饋組成的環(huán)作為外環(huán), 以保證電動機的轉速準確跟隨給定電壓, 把由電流負反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán), 把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器upe，這就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。通過調節(jié)觸發(fā)裝置gt的控制電壓來移動脈沖的相位，即可改變平均整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調速。4、 系統(tǒng)軟件設計開始（1） 主程序系統(tǒng)初始化有按鍵按下嗎？數(shù)據(jù)通信刷新顯示按鍵處理（2） 子程序的初始化設計返回設定定時器、pwm、a/d轉換工作方式設定i/o、通信接口及鍵盤工作方式參數(shù)及變量初始化初始化子程序框圖（3） 中斷服務子程序設計 中斷服務子程序包括故障檢測、pwm生成、狀態(tài)檢測和數(shù)字pi調節(jié)等，這些都是實時性比較強的功能。當相應的中斷源提出申請，cpu就可以實時響應。轉速調節(jié)中斷服務子程序框圖如圖4-3所示。在轉速調節(jié)中斷服務子程序中，首先應保護現(xiàn)場，然后再由輸入量計算實際的轉速，完成轉速pi調節(jié)，最后進行轉速檢測環(huán)節(jié)，為下面的調節(jié)提前做好準備