双闭环直流脉宽调速系统设计

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1、西华大学课程设计说明书目录1前言12总体方案设计23系统设计23.1ACR设计43」」确定时间常数43.1.2选择电流调节器结构43.1.3选择电流调节器的参数43.1.4校验近似条件43.2ASR设计53.2.1确定时间常数53.2.2选择转速调节器结构63.2.3选择调节器的参数63.2.4近似校验63.2.5检验转速超调量63.3系统硕件设计73.3.1PWM变换器73.3.2整流电路设计83.3.3泵升限制电路83.3.4测速电路93.3.5键盘电路93.3.6电流检测电路103.3.7C8051F0

2、05单片机114系统软件设计124.1主程序设计124.2子程序的初始化设计134.3中断服务子程序设计135双闭环直流脉宽调速系统的MATLAB仿真165.1MATLAB简介165.2电流环的MATLAB仿真165.3转速环的MATLAB仿真186总结体会207致谢218参考文献22附录1：硬件电路原理231前言电动机作为最主要的动力源和运动源之一，在生产和生活中占有十分重要的地位。电动机的调速控制方法过去多用模拟法，随着单片机的产牛和发展以及新型自关断元器件的不断涌现，电动机的控制也发牛了深刻的变化。直流

3、电动机控制技术是一项以直流电动机作为机械木体，融入了电力电子技术、微电子技术、单片机控制技术和传感器技术的多学科交叉机电一体化技术。单片机在电动机控制中的应用使调速系统具有了数值运算、逻辑判断及信息处理的功能。自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制的控制方式，形成了脉宽调制变换器•直流电动机调速系统，简称肓流脉宽调速系统，或肓流PWM调速系统。PWM系统在很多方面有较大的优越性：主电路线路非常简单，需要用到的功率器件比较少；开关频率比较高，电机损耗及发热都比较少，电流很容

4、易连续，并且谐波少；功率开关器件工作在开关状态，导通损耗比较小，装置效率比较高；低速性能比较好，调速范围比较宽，稳速精度比较高；若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应比较快,动态抗干扰能力强；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。由于有上述优点，盲流PWM调速系统的应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了其他调速系统，这是我们选取它作为研究对象的重要原因。2总体方案设计木系统釆用一个8位单片机C8051F005做主控制器。以H型双极性可逆PWM变换器为主回路核

5、心，采用典型的双闭环调速原理组成PWM调速系统oC8051F005的PCA提供PW脉冲，给定的速度值、速度反馈值和电流反馈值可以控制PW脉冲。改变PWM脉冲的占空比可以改变IGBT的输出电压，以此来改变肓流电动机的速度。由于C8051F005单片机内部有模/数、数/模转换模块，所以宜流测速机将速度值转化为电压值，然后直接由A/D转换通道变成数字量送入单片机，从而实现转速检测。电流检测是通过霍尔效应电流传感器由A/D转换通道变成数字量送入单片机。整流电路采用三相桥式全控整流电路。直流调速系统中应用最普遍的方案是

6、转速、电流双闭环系统，采用串级控制的方式。木设计中，转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度；电流负反馈环为内环，其作用是实现电动机的转距控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。转速、电流双闭环宜流调速系统在突加给定下的跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。转速调节器与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，把恒定的肓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

7、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。图2.1系统原理框图3系统设计直流电机参数：220V,20KW,1500r/min,电枢电阻Ra=0.16Q,电机过载倍数心1.5,7；=0.025S,7m=0.24So主电路采用三相全控桥，进线交流电源：三相380Vo根据初始条件，参照图3-2和图3-3对转速和电流环设计时所必要的参数准备如下：图3.1双闭环直流调速系统的稳态结构框图呦1—邙+1图3.2双闭环直流调速系统的动态结构框图额定电流：厲=掘=20*"=90.9L4；"5220电动机电动势系

8、数：STn巴=0.127；转速环放大系数：a==0.0057；5电流环放大系数：0=卫匕=0.0427；1%晶闸管滞后时间常数：7；=丄=0.0015；1000电流滤波时间常数：T（）i=0.002S；电流环小吋间常数之和：Tu=TS+T,=0.0035；转速滤波时间常数：Ton=0.01；转速环小吋间常数之和：兀“二丄+几=0.0165。3.1ACR设计3.1.1确定时间常数整流装置滞后时间常数：