双闭环直流电动机控制系统设计

电力拖动自动控制系统实习报告题目双闭环直流电动机控制系统设计学生姓名专业班级学号系（部）完成时间目录1课程设计任务：..............................................................................................................31.1初始条件及要求..............................................................................................................41.2设计任务............................................................................................................................42方案确定.........................................................................................................................42.1方案选定............................................................................................................................42.1.2桥式可逆PWM变换器的工作原理.....................................................................62.1.3系统控制电路图.....................................................................................................82.1.4双闭环直流调速系统的静特性分析.....................................................................92.1.5双闭环直流调速系统的稳态结构图...................................................................103硬件电路设计及参数选择..................................................................................................113.1硬件电路设计..............................................................................................................113.1.1整流变压器选择：......................................................................................113.1.2转速调节器ASR电路................................................................................123.1.3电流调节器ACR电路................................................................................123.1.4PWM脉宽控制电路....................................................................................133.2系统参数的选取..............................................................................................................153.2.1PWM变换器滞后时间常数Ts....................................................................153.2.2电流滤波时间常数和转速滤波时间常数.....................................................153.2.3反馈系数的确定.........................................................................................153.2.4电流调节器ACR的设计............................................................................153.2.5速度调节器ASR设计................................................................................184采用MATLAB对系统进行仿真....................................................................................214.1原理框图设计..................................................................................................................214.1.1电流环原理图.............................................................................................214.1.2转速环原理图.............................................................................................214.1.3转速、电流双闭环直流调速系统原理图......................................................224.2仿真结果............................................................234.2.1电流环仿真结果................................................234.2.2转速环仿真结果................................................244.2.3转速环抗负载扰动仿真结果......................................244.3仿真结果分析........................................................255设计心得体会...........................................................25参考文献..................................................................26附录：系统总电路原理图....................................................27摘要本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，以此验证设计的调速系统是否可行.转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、使用最广的直流调速系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。本设计是以直流PWM控制调速系统进行调速，采用转速调节器ASR、以及电流调节器ACR并用PI调节器进行校正，对反馈信号进行采集，处理起到无静差效果。用二极管进行整流，以及滤波，通过驱动电路的作用得到可靠的导通和关断，并用霍尔传感器对电流取样进而反馈至电流调节器，系统同时设有过流保护，为此达到双闭环直流调速。关键词：双闭环直流调速PWMMATLAB1课程设计任务：（1）双闭环直流电动机控制系统设计分析系统工作原理，进行系统总体设计。分析设计出控制系统框图，控制系统动态结构图，控制系统稳态结构图。（2）双闭环直流电动机控制系统原理图设计根据系统框图和任务分解结果，进行典型环节和模块电路的设计。设计转速电流环电路，触发电路驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可），控制主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器和保护电路等），检测及给定电路。（3）控制系统各单元参数测试和计算测出各环节的放大倍数及时间常数，在确定调速范围D=１０时比较开环、单环和双环时的动态响应。（4）PID控制算法的确定以仿真结果或实验结果为根本依据，结合理论，确定合理的PID控制策略和控制参数。（5）MATLAB仿真验证利用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真，同时将结果在示波器上显示出来，以验证设计的正确性。1.1初始条件及要求由课程设计任务书给出的初始条件：直流电动机：min/375,760,750rnAIVUNNN，允许过载倍数5.1；时间常数：STSTmL112.0031.0，PWM环节的放大倍数：75SK电枢回路总电阻：,14.0R调节器输入输出电压：VUUimnm10**稳态指标：在负载和电网电压的扰动下稳态无静差动态指标：电流超调量，%5i空载启动到额定转速时的转速超调量%10n1.2设计任务1）系统参数的设计2）电流环的设计3）速度环的设计4）绘制系统的主电路图根据任务要求可知本设计为双闭环的PWM调速系统。完成整个系统电路需要分为五大模块电路设计，它们分别为：ASR及其反馈电路设计、ACR及其反馈电路设计、驱动电路设计、PWM产生电路设计和反馈检测电路设计。2方案确定2.1方案选定直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器和电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。总体方案简化图如图1所示。ASRACRPWMKsβR1/CeαUn*Ui*nId--图1双闭环调速系统的结构简化图用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。图2直流PWM传动系统结构图直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称，和晶闸管直流调速