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1、目录1 引言12 设计方案确实定及设计所需设备仪器22.1 设计方案22.1.1 机械负载参数22.1.2 主电源参数他励直流电动机的参数22.2 所需设备23 调节器的电路设计43.1 电流调节器43.2 转速调节器64 其他电路设计原理104.1 主电路的设计104.2 SG3525的设计114.3 保护电路的设计135 课程设计实验结果145.1 PWM控制器SG3525性能测试145.2 开环系统测试155.3 闭环系统测试16总结21参考文献221引言直流调速理论根底是经典控制理论，不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性，高智能化特点。同时
2、直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。单闭环直速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多缺乏，快速性还不够好。而基于电流和转的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。而且，直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽围平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。本文主要研究直流调速系统，它主要由三局部组成，包括控制局部、功率局部、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比拟灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。本文对双闭环可逆直流PWM调
3、速系统进了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环2设计方案确实定及设计所需设备仪器自动控制系统的设计一般要经历从“机械负载的调速性能动、静-电机参数-主电路-控制方案系统方案确实定-“系统设计-仿真研究-参数整定-直到理论实现要求-硬件设计-制版、焊接、调试等过程，其中系统方案确实定至关重要3。为了发挥同学们的主管能动作用，且防止方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数有同学自己选定。2.1 设计方案2.1.1 机械负载参数机械负载为对抗性恒转矩负载，调速围D=4；直流发电机：PN100WUN220VIN0.5An1500r/minN；转动惯量22GD20.065Nm2
4、2.1.2 主电源参数他励直流电动机的参数可以选择单相交流220V供电；变压器二次电压为67VPN185WUN220VIN1.1An1600r/minN，过载倍数1.5。2.2 所需设备1、 MCL32电源控制屏2、 MCL31组件3、 MCL10组件4、 MEL11挂箱5、 MEL03三相可调电阻6、电机导轨及测速发电机7、直流电动机M03,直流发电机M018、示波器9、万用表3调节器的电路设计3.1 电流调节器由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。此滤波环节传递函数可用一阶惯性环节表示，由初始条件知滤波时间常数Toi0.001s,以滤平电流检测信号为准。为
5、了平衡反应信号的延迟，在给定通道上参加同样的给定滤波环节，使二者在时间上配合恰当。470图3.1电流调节器ACR原理图1、确定时间常数，PWM装置滞后时间常数：Ts0.0004s。电流滤波时间常数:Toi0.002sTiTsToi0.0024s色和一股都比工小得多，可以当作i 5% ,而且小惯性群近似地看作是一个惯性环节）。2、选择电流调节器构造，根据设计要求:丁 0.015T i 0.00246.25 103.3可按典型I型设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，所以把电流调节器设计成PI型的，其传递函数为Wacr(S)Ki，3.4is式中Ki电流调节器的比例系数；Ti电流调节器的超前时
6、间常数。3、选择电流调节器的参数,ACR超前时间常数iTi 0.015s；电流环开环时间增益要求i 5% ,故应取KiT i0.5 ,因此Ki0.5T70.5208.33s 10.00243.5于是，ACR的比例系数为：KiKiiRKs0.015 8208.33-3.861.35 4.83.64、校验近似条件电流环截止频率:ci_ 1Ki 208.33s371晶闸管装置传递函数近似条件:1ci3.83TsL3Ts13 0.0004833.33s 1 ci3.9满足近似条件;2忽略反电动势对电流环影响的条件:ci3什13.10ci3.11满足近似条件;3小时间常数近似处理条件:372.68sci
7、3.13111,13.TSTO-30.00040.002满足近似条件5、计算调节器电阻和电容调节器输入电阻为R040k,各电阻和电容值计算如下：RiKiR04.6340k185.2k,取185k3.140.015Ci-3106F0.081,取0.08F3.15Ri185104Toi40.0026eCoi3-10F0.2F,取0.2F3.16oiR0401033.2 转速调节器转速反应电路如图3.3所示，由测速发电机得到的转速反应电压含有换向纹波，因此也需要滤波，由初始条件知滤波时间常数Ton0.005so根据和电流环一样的原理，在转速给定通道上也参加一样时间常数的给定滤波环节。口金属INdan
8、v图3.2转速调节器ASR原理图1、确定时间常数1电流环等效时间常数：2Ti20.00240.0048s(2)转速滤波时间常数：Ton0.005s(3)转速环小时间常数近似处理：Tn2TiTom0.0098s2、选择转速调节器构造按跟随和抗扰性能都能较好的原那么，在负载扰动点后已经有了一个积分环节，为了实现转速无静差，还必须在扰动作用点以前设置一个积分环节，因此需要设由设计要求，转速调节器必须含有积分环节，故按典型R型系统一选用设计PI调节器，其传递函数为上1Wasr(S)Kn-3.20ns3、选择调节器的参数根据跟随性和抗干扰性能都较好的原那么取h5,那么ASR超前时间常数为nhTn50.0
9、09s0.049s32们转速开环增益:ASR的比例系数:4、近似校验转速截止频率为:Knh 1222h Tn22 25 0.009822s 1195.50s3.22Kn(h 1)CeTm6 1.35 0.12 0.22h RTn2 5 0.05 8 0.00984.963.23cnKnKn1c c1195.50 0.04958.58ss3.241电流环传递函数简化条件:cn5Ti3.25现在5T i5 0.00241s 83.33scn3.26满足简化条件。2小时间常数近似处理条件:cn3.27现在3 2T In3 . 2 0.0024 0.00568.04 cn cn3.28满足近似条件。5
10、、计算调节器电阻和电容调节器输入电阻Ro40k,那么RnKnRo4.9640k198.4k，取200k3.29Cn0.0493106F0.245F,取0.2F3.30Rn20010Con4Ton-40.005106F0.5F,取0.5F3.31R0401036、检验转速超调量当h=5时，查表得，0=37.6%,不能满足设计要求。实际上，由于这是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量2。设理想空载起动时，负载系数z=0。n(-Cmax%)2(z)m乙3.32CbnTm当h=5时,max81.2% 3.33nmaxI , Rdn
11、om3.7 8Ce0.12rmin246.67*in3.34因此n 81.2%246.672 1 -2000.00989.8%0.215%3.35满足设计要求4其他电路设计原理4.1 主电路的设计H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图4.1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Us。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波电容充电，这时电容器两端电压升高称作“泵升电压。为了限制泵升电压，用镇流电阻Rz消耗掉这些能量，在泵升电压到达允许值时接通VTz1。为了实现闭环控制，必须对被控量进展采样，然后与
12、给定值比拟，决定调节器的输出，反应的关键是对被控量进展采样与测量。图4.1 H桥式直流脉宽调速系统主电路四单元IGBT模块型号：20MT120UF主要参数如下：*一一一一一一Ucer=1200VIc=16ATcn=100CPcm0.9kWUce(s*3.05V4.2 SG352al勺设计员用输入匚i16丽喻入匚313CT匚5IZ硒二IB臂E二IA.E哲C二Im二IAt-E二I恂懒控制二I科惜图4.3SG3525I脚图SG3525采用16端双列直插DIP封装，各端子功能介绍如下:1脚：INV.INPUT（反相输入端）:误差放大器的反相输入端，该误差放大器的增益标称值为80db,其大小由反应或输出
13、负载来决定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容元件的组合。该误差放大器共模输入电压围是1.5V-5.2V。此端通常接到与电源输出电压相连接的电阻分压器上。负反应控制时，将电源输出电压分压后与基准电压相比拟。2脚:NI.INPUT（同相输入端）:此端通常接到基准电压16脚的分压电阻上，取得2.5V的基准比拟电压与INV.INPUT端的取样电压相比拟。3脚:SYNC（同步端）:为外同步用。需要多个芯片同步工作时，每个芯片有各自的震荡频率，可以分别他们的4脚和3脚相连，这时所有芯片的工作频率以最快的芯片工作频率同步。也可以使单个芯片以外部时钟频率工作。4脚:OSC.OUTPUT（同步输出
14、端）:同步脉冲输出。作为多个芯片同步工作时使用。但几个芯片的工作频率不能相差太大，同步脉冲频率应比震荡频率低一些。如不需多个芯片同步工作时，3脚和4脚悬空。4脚输出频率为输出脉冲频率的2倍。输出锯齿波电压围为0.6V8U3.5V.5脚:Cr（震荡电容端）:震荡电容一端接至5脚，另一端直接接至地端。其取值围为0.001,uF?ij0.1uF。正常工彳时，在Cr两端可以得到一个从0.6V到3.5V变化的锯齿波。6脚:Rr（震荡电阻端）:震荡电阻一端接至6脚，另一端直接接至地端。Rr的阻值决定了部恒流值对Cr充电。其取值围为2K到150K,Rr和Cr越大充电时间越长，反之那么充电时间短。7脚:DISCHATGER
