基于Buck电路的直流调速系统设计.pdf

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1、·22·煤矿机电2013年第1期基于Buck电路的直流调速系统设计王钊，张奇志(西安石油大学钻机控制技术重点实验室，陕西西安710065)摘要：随着直流斩波技术的发展，直流传动系统已经广泛应用于Buck电路，且该电路控制手段灵活方便，抗干扰能力强。重点介绍Buck电路的工作原理，利用其可实现PwM直流脉宽调速系统对电动机转速的控制。仿真实验表明，该电路显示出连续调节能力以及良好的动态性能与稳态性能。关键词：Buck电路；PwM调节器；直流调速系统中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1001—0874(2013)01—0022—03DeSignOfDCSpeedDrjVeSySt

2、emBasedOnBuCkCjrCujt耽愕肌口o，Z施增Q洗i(KeyLaboratoryof0il—drillingRigsControllingTechnique，XianPetroleumUniversity，Xi’an71003，China)Abstract：AlongwiththedevelopmentofDCchoppertechnology，theDCdrivesystemhasbeenwidelyusedinbuckcircuit．Andthecontr01methodisnexible，conVenientandhasstronganti-inteIferenceab

3、ility．Theworkingprinciplesofbuckcircuitareintroduced．，andthePWM(PulseWidthModulation)DCspeeddrivesystemformotorspeedcontrolarerealized．Thesimulationtestshowsthecontinuousadjustmentabilityandgooddynamicandstableperfbmance．Keywords：buckcircuit；PWM(PulseWidthModulation)regulator；DCspeedregulationsys

4、temO引言示。电动机的平均电压为：直流斩波电路也称作直流．直流变换器(。c／。c％=等玑=d玑Converter)，它是将不可控的直流输入变为另一个可调的直流输入，已广泛应用于可调直流开关源或者直流电机的驱动中。降压斩波电路(BuckChop—per)，属于DC／DC变换器中最基本的电路’1j。斩波调速是指在输入直流电源电压基本维持不变的情况下利用半导体开关器件的导通和关断，改变电动机两端的电压脉冲列，通过控制电压脉冲的宽度或周期以达到变压目的。1Buck电路调速系统设计1．1Buck电路控制方式基本原理在原理图la中，当VT导通时，直流电源电压U。加到电动机上；当VT关断时，直流电源

5、与电动机脱开，电动机电枢经续流二极管VD续流，两端电压近似为零。如此反复，电枢端电压波形如图1b所式中，d=等一。／，表示占空比；厂表示电路的开关频率。通过厂的变化，可以改变电压的大小，进而控制电机的转速‘2I。VT叫，VDZs、U(a)(b)图1直流斩波控制原理图1．2Buck电路调速系统数学模型2013年第1期煤矿机电·23·加入直流斩波电路后再将电机等效后的等效电路图如图2所示，建立其数学模型，其中c足够大，VD损耗忽略，y的开关频率足够高。‘L￥JIQ王_己I}vD2图2加入直流斩波电路后再将电机等效后电路图在0≤f≤￡。。时，有：』L老饯i+E=％【E=C。西。在￡。。≤￡≤t

6、时，有：￡崇=(％)孔一尺。(；)凡一(E)n通过积分，变换整理后得电流与电动势之间的传递函数为：E(。，RIa。s)一ld(s)Tms引入直流斩波电路后直流电动机的动态结构图如图3所示。图3引入直流斩波电路后直流电动机的动态结构图1．3双闭环直流调速系统设计直流斩波调速系统设计是以电流负反馈和转速负反馈的双闭环串级调速为方案，为了取得良好的静态和动态性能，都采用PI调节器‘3o。转速调节器的输出当作电流调节器的输入，使得电流紧紧跟随给定电压的变化。当转速在启动过程中时，转速调节器输出增加，电流环的给定值上升，从而使得电动机以允许的最大电流加速转动。相反，当电机过载或者堵转时，转速调节器

7、输出达到饱和，限制电枢电流的最大值，起到快速的自动保护作用，待故障解除，系统便恢复到正常运行状态。1．4电流调节器设计从稳态要求看，电流环作为内环，当负载电流小于最大值时表现为转速无静差，电流达到最大值时表现为电流无静差；对于动态要求，在突加控制时不允许电枢电流有太大的超调，从而保证电流在动态过程中不超过给定值，故电流环主要以跟随性能为主。取盯％≤5％，蠡。毛。=0．5则电流调节器的比例系数为K=203。电流环开环增益：巧=2500