直流調(diào)速課設(shè)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)題目：數(shù)字式PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 學(xué)院（系）： 電院自動(dòng)化系 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 14級(jí)過(guò)程控制 學(xué) 號(hào)： 140103010042 學(xué)生姓名： 于力一 指導(dǎo)教師： 孫 浩 楊晟剛 教師職稱(chēng)： 講 師 講 師 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：自動(dòng)化系學(xué) 號(hào)140103010042學(xué)生姓名于力一專(zhuān)業(yè)（班級(jí)）過(guò)控1班設(shè)計(jì)題目數(shù)字式PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1調(diào)速范圍D=20,靜差率S5%。在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)要求轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)、平滑可調(diào)； 2動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：電流環(huán)超調(diào)量5%；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。3采用第二組電機(jī)額定參數(shù)（詳見(jiàn)附

2、頁(yè)）。設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)組成：設(shè)計(jì)直流拖動(dòng)系統(tǒng)的主回路，控制回路，并合理選擇元器件參數(shù)。繪制系統(tǒng)電路圖。應(yīng)用：根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的傳感器對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。工作量1完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（包括原理的簡(jiǎn)要說(shuō)明和主要參數(shù)的計(jì)算過(guò)程）；文稿用鋼筆或圓珠筆書(shū)寫(xiě)，字跡應(yīng)工整、清晰（打印也可）；2 繪制電氣原理圖（包括主電路、控制回路）A2圖紙一張，可用鉛筆繪制或用計(jì)算機(jī)繪制打印，應(yīng)符合相關(guān)制圖標(biāo)準(zhǔn)。工作計(jì)劃第1周：查閱相關(guān)資料，分析并確定控制方案，完成簡(jiǎn)裝操作電路;主回路的設(shè)計(jì)、計(jì)算，并確定主要元器件（包括必要的保護(hù)環(huán)節(jié)），并請(qǐng)指導(dǎo)教師審核；第2周：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)、計(jì)算；電氣原理圖

3、設(shè)計(jì)；繪制硬件電路原理圖（A2），并嚴(yán)格執(zhí)行電氣原理圖繪圖標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定主回路用粗實(shí)線(xiàn)、控制回路用細(xì)實(shí)線(xiàn)；撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并注意文字、圖表、及格式的規(guī)范化；最后進(jìn)行答辯。參考資料1電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)陳伯時(shí)主編（教材）2電力電子變流技術(shù)黃俊主編（教材）3電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)習(xí)題例題集童福堯（教材）4電氣控制李仁主編（教材）指導(dǎo)教師簽字孫浩，楊晟剛基層教學(xué)單位主任簽字劉福才說(shuō)明：此表一式二份，學(xué)生、指導(dǎo)教師各一份。2017年7 月 2日 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)數(shù)字式PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)于力一（燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院）摘 要： 本文主要介紹一種基于STM單片機(jī)的數(shù)字式PWM

4、可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)PWM變換器作為調(diào)速系統(tǒng)的可控直流電源，通過(guò)配置STM的輸出PWM模式，利用寄存器TIMx_ARR和TIMx_CCRx生成頻率和占空比可調(diào)的單極性PWM波。通過(guò)高速光耦合器PS7801和半橋驅(qū)動(dòng)器IR2104實(shí)現(xiàn)PWM波對(duì)H橋功率器件IGBT導(dǎo)通與關(guān)斷的控制?？刂撇煌腎GBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，改變PWM波的占空比即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。通過(guò)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，用編碼器和電流傳感器將控制系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速數(shù)字化反饋給調(diào)節(jié)器，對(duì)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)高精度控制。調(diào)節(jié)器設(shè)置為PI調(diào)節(jié)器，既可以做到快速響應(yīng)又可以消除靜態(tài)誤差，實(shí)現(xiàn)速度快速精準(zhǔn)地跟蹤給定。

5、關(guān)鍵詞：stm32單片機(jī) PWM變換器 雙閉環(huán) 可逆系統(tǒng)目錄一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案41課設(shè)背景42數(shù)字式PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)硬件概述43PWM脈沖調(diào)制54電機(jī)的技術(shù)參數(shù)65雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)75.1雙閉環(huán)可逆系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖75.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性75.3各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算8二、主回路設(shè)計(jì)及器件選擇91主回路的設(shè)計(jì)92變壓器參數(shù)計(jì)算93電力二極管參數(shù)計(jì)算104保護(hù)電路104.1交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)104.2直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)114.3快速熔斷器短路保護(hù)125PWM生成電路135.1STM32最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)135.2PWM功率放大驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)136勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)14三、控制回路設(shè)計(jì)及器件選擇

6、151系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖152電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)162.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖162.2電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定163轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)193.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇193.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算193.3確定時(shí)間常數(shù)193.4選擇、計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)203.5檢驗(yàn)近似條件20四、輔助電路設(shè)計(jì)211.電源設(shè)計(jì)及自鎖電路212.按鍵給定及液晶顯示223.光電編碼器轉(zhuǎn)速測(cè)量23五、心得體會(huì)23附錄24一、 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案1 課設(shè)背景 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和（或）快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方式分為調(diào)壓調(diào)速、弱磁調(diào)速和調(diào)節(jié)電樞回

7、路電阻調(diào)速，對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式最好。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，可控直流電源主要有兩大類(lèi)，第一類(lèi)是相控整流器，它把交流電源直接轉(zhuǎn)換成可控的直流電源；第二類(lèi)是直流脈寬變換器，它先用不可控整流把交流電變成直流電，然后用PWM脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)輸出的直流電壓。與V-M系統(tǒng)相比，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：1) 主電路簡(jiǎn)單，需要的電子電力器件少；2) 開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電動(dòng)機(jī)損耗及發(fā)熱都較少；3) 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；4) 若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；5) 電力電子開(kāi)關(guān)器

8、件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；6) 直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。由于有上述優(yōu)點(diǎn)，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，特別在中、小容量的高動(dòng)態(tài)性能系統(tǒng)中，已經(jīng)完全取代了V-M系統(tǒng)。2 數(shù)字式PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)硬件概述三相交流電源經(jīng)不可控整流器變換為電壓恒定的直流電源，再經(jīng)過(guò)直流PWM變換器得到可調(diào)的直流電源，給直流電動(dòng)機(jī)供電。檢測(cè)回路包括電流、轉(zhuǎn)速檢測(cè)。此外，還具備故障檢測(cè)功能，對(duì)泵升電壓進(jìn)行限制。數(shù)字控制器是系統(tǒng)核心，選用STM32，其本身帶有A/D轉(zhuǎn)換器、通用I/O和通信接口和PWM生成功能。控制軟件一般采用轉(zhuǎn)速、

9、電流雙閉環(huán)控制，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速換為內(nèi)環(huán)，內(nèi)環(huán)采樣周期小于外環(huán)采樣周期。為抗擾動(dòng)，采用阻容電路濾波，可采用軟件濾波和硬件濾波相結(jié)合的方法。圖1-1 數(shù)字式PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)硬件圖3 PWM脈沖調(diào)制數(shù)字PWM信號(hào)由STM32單片機(jī)產(chǎn)生，脈沖寬度調(diào)制模式可以產(chǎn)生一個(gè)由TIMx_ARR寄存器確定頻率、由TIMx_CCRx寄存器確定占空比的信號(hào)。在TIMx_CCMRx寄存器中的OMxM位寫(xiě)入110（PWM模式1）或111（PWM模式2），能夠獨(dú)立地設(shè)置每個(gè)OCx使出通道產(chǎn)生一路PWM。必須設(shè)置TIMx_CCMRx寄存器OCxPE位以使能相應(yīng)的預(yù)裝載寄存器，最有還要設(shè)置TIMx_CR1寄存器的AR

10、PE位，（在向上計(jì)數(shù)或中心對(duì)稱(chēng)模式中）使能自動(dòng)裝載的預(yù)裝載寄存器。STM32產(chǎn)生PWM波用到的寄存器和定時(shí)器如圖1.3所示，PWM波的占空比和頻率的調(diào)節(jié)原理示意如圖1.2所示。圖1-2 PWM波的占空比和頻率的調(diào)節(jié)原理圖1-3 單片機(jī)脈沖寬度調(diào)制模式工作原理4 電機(jī)的技術(shù)參數(shù)主要參數(shù)直流電動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)型號(hào)Z2-61Z2-42ZYS-3A額定容量(KW)103.50.022額定電壓 (V)220230110額定電流 (A)53.515.30.22最大電流 (A)80.2522.95 額定轉(zhuǎn)速（rpm）150014502000 額定勵(lì)磁電壓 220V電流0.61A ( Kg.)0.56

11、0.18電動(dòng)機(jī)電樞電阻Ra(.20)0.28電動(dòng)機(jī)電樞電感La(mH)8.85其他參數(shù)名稱(chēng)數(shù)值 整流側(cè)內(nèi)阻Rn()0.2整流變壓器漏感 (mH)1.3電抗器直流電阻()0.13電抗器電感 ( mH )17.45 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)5.1 雙閉環(huán)可逆系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖圖1-4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖5.2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1.6所示，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)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(diào)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，圖中帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器的作用。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出達(dá)到限幅值，

12、輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI調(diào)節(jié)器工作在線(xiàn)性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其做用是輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。為了實(shí)現(xiàn)電流的實(shí)時(shí)控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不要進(jìn)入飽和狀態(tài)。圖1.6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖1-7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性5.3 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系 （1-1） （1-2） （1-3）上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓決定的；ASR的輸出量是由負(fù)載電流決定的；而控制電壓Uc的大小則同時(shí)取決于n和Id，或者說(shuō)，同時(shí)取決于和。這些關(guān)系反映了

13、PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。所以，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) 二、 主回路設(shè)計(jì)及器件選擇1 主回路的設(shè)計(jì)橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖2.1所示。PWM變換器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容濾波，以獲得恒定的直流電壓提供點(diǎn)數(shù)電壓。圖2-1 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路2 變壓器參數(shù)計(jì)算由于接法是可以給基次諧波提供通路的，可以減少基次諧波的影響，因此整流變壓器采用/Y接法，接線(xiàn)

14、原理圖如下所示：圖2-2 整流變壓器原理圖變壓器參數(shù)選擇：a.變壓器二次側(cè)相電壓有效值為b整流變壓器的標(biāo)稱(chēng)功率為注：U為電動(dòng)機(jī)額定電壓，取220V；I為電動(dòng)機(jī)額定電流，取53.5A3 電力二極管參數(shù)計(jì)算本設(shè)計(jì)為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式全控整流電路基本數(shù)據(jù)如下：整流二極管的計(jì)算：根據(jù)二極管的最大整流平均IF 和最高反向工作電壓UR分別應(yīng)滿(mǎn)足：電力二極管的選擇：額定電壓： 取1000V額定電流： 取70A查表得取二極管型號(hào)為ZL064 保護(hù)電路4.1 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)在變壓器副邊并聯(lián)電阻和電容，可以把變壓器鐵芯釋放的磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能量并儲(chǔ)存再電容中，因?yàn)殡娙莶豢梢允箖啥穗妷和?/p>

15、變，所以可以達(dá)到抑制過(guò)電壓的目的，而串入電阻的目的是為了在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中消耗一部分能量，從而防止因變壓器漏感和并聯(lián)電容構(gòu)成的震蕩回路在閉合時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，抑制了LC回路出現(xiàn)震蕩，電路如圖2.3所示：圖2-3 交流側(cè)保護(hù)電路其中C和R的計(jì)算公式為 取 取在公式中: S變壓器每相平均電壓計(jì)算容量，單位VA 變壓器二次側(cè)相電壓有效值，單位 V 變壓器激磁電流百分?jǐn)?shù) 變壓器的短路4.2 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)PWM變換器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容濾波，以獲得恒定的直流電壓。由于電容容量較大，突加電源時(shí)相當(dāng)于短路，勢(shì)必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管，為了限制充電電流

16、，在整流器和濾波電容之間傳C23入電阻R7，合上電源后，用延時(shí)開(kāi)關(guān)將R7短路，以免在運(yùn)行中造成附加損耗。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)只好對(duì)濾波電容充電，這式電容器兩端電壓升高稱(chēng)作“泵升電壓”。為了限制泵升電壓，用鎮(zhèn)流電阻R24消耗掉這些能量，在泵升電壓達(dá)到允許值時(shí)接通Q115。圖2.4 直流側(cè)保護(hù)電路4.3 快速熔斷器短路保護(hù)熔斷器的作用：當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時(shí)，伴隨著電流不斷升高，可能損壞電路中的某些重要器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若安裝熔斷器，則熔斷器就會(huì)在電流異常升高到一定高度的時(shí)候，自身熔斷，切斷電流，從而起到保護(hù)電路的作用。為了防止主電路過(guò)電流

17、，在主電路串入熔斷器進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)，為了防止由于電流過(guò)大而燒毀電力二極管，在二極管回路上加快速熔斷器，如圖2.4所示：圖2-4 快速熔斷器短路保護(hù)保護(hù)電路整流變壓側(cè)電流電壓：電壓 取136V電流二次側(cè)；一次側(cè)：變壓器平均容量：5 PWM生成電路5.1 STM32最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖2-5 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的核心，設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮抗干擾、防靜 電和運(yùn)行的穩(wěn)定性。STM32F103TBT6 單片機(jī)內(nèi)部各個(gè)模塊都已經(jīng)從單片機(jī)內(nèi)部引出，只有 PLL 電路使用內(nèi)部的穩(wěn)壓，其他各個(gè)部分都要自己外接電源， 外接各模塊電源必須通過(guò)0歐電阻或者電感隔離開(kāi)，防止外部電源波動(dòng)影響 單片機(jī)正常工作。

18、由于成本的需要，下載器選擇 ST-LINK。5.2 PWM功率放大驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)PWM波可以由STM32F103V8T6單片機(jī)通過(guò)編程來(lái)得以產(chǎn)生，當(dāng)他頻率太低時(shí)，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實(shí)際用用當(dāng)中，當(dāng)PWM頻率在 10KHz左右時(shí)，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用單片機(jī)的TIM_PWM功能輸出兩路PWM，經(jīng)過(guò)PS8701輸入到IR2104S的輸入端，由IR2104S處理輸出兩路極性相反的PWM驅(qū)動(dòng)IGBT VG1，VG2，VG3和VG4，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。如圖2.6所示。圖2-6 PWM功率放大驅(qū)動(dòng)電路IR2104S是一種半橋驅(qū)動(dòng)器，引腳功能如表一IR2104S引腳說(shuō)明：表一 IR2104

19、S引腳功能表符號(hào)定義MinMaxUnitsVB高側(cè)浮動(dòng)電源電壓的絕對(duì)VS+10VS+20VVS高側(cè)浮動(dòng)電源偏置電壓600VHO高側(cè)浮動(dòng)輸出電壓VSVBVCC低壓側(cè)和邏輯固定電源電壓1020VLO低側(cè)輸出端0VCCVIN邏輯輸入電壓0VCCSD邏輯輸入電壓使能0VCCCOMGND006 勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)圖2-7 勵(lì)磁回路由380V引出，經(jīng)三角-星型變壓器和三相不可控整流橋變流，經(jīng)過(guò)調(diào)壓電阻，獲得勵(lì)磁電流。三、 控制回路設(shè)計(jì)及器件選擇1 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖3-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)； 電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；晶閘管整流與觸發(fā)裝置的靜態(tài)放大倍數(shù)； 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)；轉(zhuǎn)

20、速反饋濾波時(shí)間常數(shù)；PWM整流電路的失控時(shí)間，對(duì)于三相橋式電路；電動(dòng)機(jī)電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)；機(jī)電時(shí)間常數(shù)；主回路總電阻；電動(dòng)機(jī)電勢(shì)系數(shù)；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；電流反饋系數(shù)；KI-電流開(kāi)環(huán)增益2 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)2.1 電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖圖3-2電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即。這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫且把反電動(dòng)勢(shì)的作用去掉，把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成，則電流環(huán)便等效成單

21、位負(fù)反饋系統(tǒng)，由于和一般都比小得多，可以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)近似處理，則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡(jiǎn)化成圖3.3.圖3-3 電流環(huán)的最終結(jié)構(gòu)框圖2.2 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 2.2.1 確定時(shí)間常數(shù)：平波電抗器電感其中：整流變壓器的漏感：電動(dòng)機(jī)電樞電感1） 整流裝置之后時(shí)間常數(shù)Ts，通過(guò)查表可得 2） 取3） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。2.2.2 選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)誤差，可按典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 （3-1）2.2.3 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù) 調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)：電流環(huán)的開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，按表2

22、-2，應(yīng)取，因此 ACR的比例系數(shù)為2.2.4 校驗(yàn)近似條件:電流環(huán)截止頻率：（1） 校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件 滿(mǎn)足近似條件（2） 校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)的變化對(duì)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)影響的條件 滿(mǎn)足近似條件（3） 校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿(mǎn)足近似條件（5） 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.4. 圖3-4 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型II型系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)同時(shí)也能滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)抗擾性能號(hào)的要求，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，不考慮負(fù)載擾動(dòng)時(shí)

23、，校正后的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.4所示。3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括和，按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)有：圖3-5 校正后的典型型系統(tǒng) (3-2) (3-3)3.3 確定時(shí)間常數(shù).電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)KI.轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton，取.轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)Tn，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取3.4 選擇、計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 (3-4)按照跟隨性能和抗擾性能都較好的原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益ASR的比例系數(shù)為3.5 檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：.電流傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件.轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 滿(mǎn)足近似

24、條件校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：四、 輔助電路設(shè)計(jì)1. 電源設(shè)計(jì)及自鎖電路圖4.1 電源電路及自鎖電源設(shè)計(jì)：整流電路：利用二極管的單向?qū)щ娦?，將正?fù)交替的交流電整流成單方向的脈動(dòng)電壓濾波電路：利用電容元件可以?xún)?chǔ)能的性能，將整流后的輸出電壓的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，然后慢慢的釋放給負(fù)載，同時(shí)出去脈動(dòng)信號(hào)，是輸出電壓更平滑。穩(wěn)壓電路：用三端式穩(wěn)壓器，7812和7805，分別輸出12V和5V。自鎖電路：在接觸器的“自鎖”電路，簡(jiǎn)單的兩位按鈕“開(kāi)”和“斷”，接觸器的線(xiàn)圈一個(gè)接頭，根據(jù)線(xiàn)圈的電壓要求，接上一條火線(xiàn)或零線(xiàn)。在按電鈕“開(kāi)”的時(shí)候，由按鈕接通線(xiàn)圈的另一個(gè)接頭，提供了線(xiàn)圈電壓，接觸器吸合。當(dāng)按鈕斷開(kāi)時(shí)，按鈕的這一條火

25、線(xiàn)，通過(guò)接觸器的輔助接點(diǎn)，繼續(xù)為線(xiàn)圈提供電壓，接觸器還可以保持接通狀態(tài)，這就是接觸器的“自鎖”。如果要斷開(kāi)接觸器，就按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)的“停”，接觸器失電，斷開(kāi)了電路。2. 按鍵給定及液晶顯示圖4.2 液晶顯示及按鍵給定顯示使用了LCD1602液晶，能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符（16列2行）。特性應(yīng)用5V電壓；對(duì)比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路；提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能；有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM；內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM；8個(gè)可由用戶(hù)自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM；微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)

26、用系統(tǒng)中。采用4×4的矩陣鍵盤(pán)，可以速度給定等功能。按照上圖所示，將鍵盤(pán)接到單片機(jī)的PE0E7端口。首先將 PE0PE3置為1（給電，高電平），將PE4PE7置為0（低電平），然后檢測(cè)PE4PE7中哪個(gè)端口輸入為1（高電平），若為 1，則說(shuō)明相對(duì)應(yīng)列的按鍵按下，否則相對(duì)應(yīng)的按鍵未下，記下此時(shí)的按鍵所在行的值。判斷完成后，繼續(xù)將 PE47置為1（給電，高電平），將PE0PE3置為0，判斷PE0PE3中哪個(gè)端口輸入為1，若為1，則說(shuō)明相對(duì)應(yīng)的行按鍵按下，將之前記下的按鍵的列的數(shù)和此時(shí)所對(duì)應(yīng)的行數(shù)相加即為所按按鍵數(shù)。最后判斷按鍵是否一直按下，若松開(kāi)則得出所按按鍵數(shù)。3. 光電編碼器轉(zhuǎn)速測(cè)量

27、 光電轉(zhuǎn)換原理輸出兩組方波脈沖A、B；A、B兩組脈沖相位差90º，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸。其缺點(diǎn)是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。接線(xiàn)如圖4.3所示。圖4.3 光電編碼器五、 心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，課程設(shè)計(jì)在很大程度上實(shí)現(xiàn)的動(dòng)手與動(dòng)腦，理論與實(shí)際的相互結(jié)合，既是對(duì)工業(yè)環(huán)境的一個(gè)簡(jiǎn)單縮影，又是對(duì)理論知識(shí)的一種檢驗(yàn)，很好地實(shí)現(xiàn)了從書(shū)本到實(shí)際操作的一個(gè)過(guò)渡。課程設(shè)計(jì)是對(duì)前面所學(xué)電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制理論的一種檢驗(yàn)，致力于綜合運(yùn)用本專(zhuān)業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次交直流調(diào)速設(shè)計(jì)從而培養(yǎng)

28、和提高我們的獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充交直流調(diào)速等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)方法和步驟，而且同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高，也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺，自己要學(xué)習(xí)的東西還太多我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。參考文獻(xiàn)：1 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)M.第3版,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. 2 王兆安，黃俊等.電力電子技術(shù)M.第4版,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.3 任彥碩.自動(dòng)控制原理M.機(jī)械工業(yè)出版社，2006.4 陳治明.電力電子器件M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.附錄/主程序int main(void)Adc_Init();/電流檢測(cè) 函數(shù)初始化EXTIX_Init( );NVIC_Configuration();TIM2_Int_Init(999,7199);/編碼器轉(zhuǎn)速檢測(cè)函數(shù)初始化LCD1602_Init();/轉(zhuǎn)速顯示函數(shù)初始化Motor_Con