設(shè)計(jì)直流脈寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性_第1頁(yè)
設(shè)計(jì)直流脈寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性_第2頁(yè)
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設(shè)計(jì)直流脈寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性_第5頁(yè)
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1、1.1直流電動(dòng)機(jī)pwm控制系統(tǒng)原理。pwm控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。它通過分辨率計(jì)數(shù)器的使用,方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。principleofdemotorPWMcontrolsystem.PWMcontroltechnologyhasbeenoneofthecoretechnologyoffrequencyconversiontechnology.Itthroughtheuseofresolutioncounter,thesquarewavedutyratioismodulatedtoencodeaspecificanalogsignallevel.

2、直流電動(dòng)機(jī)pwm控制系統(tǒng)有可逆和不可逆系統(tǒng)之分。可逆系統(tǒng)是指電動(dòng)機(jī)可以正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn);不可逆系統(tǒng)是指電動(dòng)機(jī)只能單方向旋轉(zhuǎn)。對(duì)于可逆系統(tǒng),又可分為單極性驅(qū)動(dòng)和雙極性驅(qū)動(dòng)兩種方式。這里只研究雙極性驅(qū)動(dòng)。DcmotorPWMcontrolsystemcanbereversibleandirreversiblesystems.Reversiblesystemisreferstothemotorcanbepositiveandnegativetwodirection;Irreversiblesystemreferstothemotorcanonlysingledirection.Forreversib

3、lesystemandcanbedividedintosinglepolardrivinganddoublepolardrivingintwoways.Hereonlythebipolardrive.h型雙極性可逆pwm驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制原理。h”型是雙極性驅(qū)動(dòng)電路的一種,也稱為橋式電路。如圖1所示。其電路是由四個(gè)開關(guān)管和四個(gè)續(xù)流二極管組成,單電源供電。四個(gè)開關(guān)管分為兩組,v1和v4為一組,v2和v3為另一組。同一組的開關(guān)管同步導(dǎo)通或關(guān)斷,不同組的開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷正好相反。hbipolarreversiblePWMdrivesystemcontroltheory.Htypeisoneofthebi

4、polardrivecircuit,alsoknownasthebridgecircuit.Asshowninfigure1.Thecircuitismadeupoffourswitchtubeandfourofthefly-wheeldiode,singlepowersupply.Fourswitchtubeisdividedintotwogroups,v1andv4asagroup,v2andv3foranothergroup.Thesamesetofsynchronousconductionorshutofftheswitchtube,differentgroupofconduction

5、andshutofftheswitchtubeofjusttheopposite.在每個(gè)pwm周期里,當(dāng)控制信號(hào)vi1高電平時(shí),開關(guān)管v1和v4導(dǎo)通,此時(shí)vi2為低電平,因此v2和v3截止。電樞繞組承受從a到b的正向電壓;當(dāng)控制信號(hào)vi1為低電平時(shí),開關(guān)管v1和v4截止,此時(shí)vi2為高電平,因此v2和v3導(dǎo)通,電樞繞組承受從b到a的反向電壓,這就是所謂的“雙極”IneachPWMcycle,whenthecontrolsignalvi1highelectricityatordinarytimes,switchtubev1andv4conduction,vi2atthistimeforthelo

6、wlevel,thereforethev2andv3.Thearmaturewindingunderthepositivevoltagefromatob;Vi1whenthecontrolsignalforlowelectricityatordinarytimes,switchtubev1andv4as,vi2forhighlevelrightnow,sothev2andv3conduction,armaturewindinginheritfrombtoareversevoltage,thisistheso-calledbipolar.可見,雙極性可逆pwm驅(qū)動(dòng)時(shí),電樞繞組所承受的平均電壓取決

7、于占空比a大小。當(dāng)a=0時(shí),u0=-us,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),且轉(zhuǎn)速最大;當(dāng)a=1時(shí),u0=us,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速最大;當(dāng)時(shí),a=1/2時(shí)u0=0,電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn),但電樞繞組中仍然有交變電流流動(dòng),使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高頻振蕩,這種振蕩有利于克服電動(dòng)機(jī)負(fù)載的靜摩擦,提高動(dòng)態(tài)性能。Visible,bipolarreversiblePWMdriver,thearmaturewindingoftheaveragevoltagedependsonthesizeofdutyratioalpha.Whenalpha=0u0=-us,motorreversal,andthemaximumspeed;U0whenalpha=1=u

8、s,motoristurned,themaximumspeed;When,whenalpha=1/2u0=0,motordoesnotturn,butthereisstillaalternatingcurrentinthearmaturewindingflow,makethemotorproduceshighfrequencyoscillation,theoscillationisbeneficialtoovercomethemotorloadstaticfriction,improvethedynamicperformance.2調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2speedcontrolsystemdesig

9、n對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)而言,最關(guān)鍵的是控制器的設(shè)計(jì),控制器設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣??刂破饕髮?shí)時(shí)性強(qiáng),通用性強(qiáng),具有較強(qiáng)的智能,在滿足性能指標(biāo)的前提下應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)單。Foracontrolsystem,thekeyisthedesignofcontroller,thecontrollerdesignisgoodorbadisrelatedtothemeritsofthecontrolsystemperformance.Controllerrequiresstrongreal-timeperformance,strongcommonality,strongintelligence,inm

10、eettheunderthepremiseofperformanceindicatorsshouldbeassimpleaspossible.pi控制器相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn),同時(shí)也增加了一個(gè)位于s左半平面的開環(huán)零點(diǎn)。位于原點(diǎn)的極點(diǎn)可以提高系統(tǒng)的型別,以消除或提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。而增加釀酒設(shè)備的負(fù)實(shí)零點(diǎn)則用來提高系統(tǒng)的阻尼度,緩和pi控制器極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響。只要積分時(shí)間常數(shù)ti足夠大,pi控制器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響可大為減弱。在控制系統(tǒng)中,pi控制器主要用于改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能2。PIcontrollerisequivalenttoin

11、thesystemaddsanopen-looppolesarelocatedattheorigin,butalsoaddedainslefthalfplaneoftheopen-loopzeros.Polecanimprovethesystemoftheorigin,inordertoeliminateorimprovethesteady-stateerrorofthesystem,improvethesteady-stateperformanceofthesystem.Andincreasethenegativerealzeroisusedtoimprovethesystemdamping

12、,moderatePIcontrollerpoleshaveadverseeffectsonsystemstability.Aslongastheintegraltimeconstanttiislargeenough,thenegativeimpactofthePIcontrolleronthesystemstabilitycanbegreatlyreduced.Inthecontrolsystem,controlsystemofPIcontrollerismainlyusedtoimprovethesteadystateperformance2.閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器都米用pi調(diào)節(jié)器

13、。米用pi調(diào)節(jié)器的自動(dòng)控制系統(tǒng)。ClosedloopspeedregulationsystemofspeedandcurrentregulatorUSESPIregulator.AutomaticcontrolsystemofPIregulator.從傳遞函數(shù)看,自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為:Fromthetransferfunctionofautomaticregulatingsystemfor:=wp1(s)=kpkp+B(2)S=wp1KPKP+s=s(s)=(2)u1可分成比例部分ulp,和積分部分uli,其中,比例部分和偏差成正比積分部分同偏差的積分有關(guān),把兩部分加起來,就是調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u1。

14、U1u1pproportioncanbedividedintoparts,andintegralpartofu1i,amongthem,theproportionisproportionaltothedeviationintegralpartsassociatedwithdeviationintegral,addtwopartstogether,isthecontrolleroutputsignalu1.當(dāng)偏差信號(hào)&是階躍信號(hào)時(shí),比例部分會(huì)突然加大,而積分部分則按線性增長(zhǎng),經(jīng)過一定時(shí)間后,u1輸出達(dá)到限幅值。而實(shí)際系統(tǒng)中,偏差信號(hào)&只是一開始突跳,隨著輸出信號(hào)use的增長(zhǎng),偏差信號(hào)&便逐漸降低

15、,u1是否能夠升到限幅值,就要看u1的增長(zhǎng)和&的衰減哪一方更快。如果調(diào)節(jié)對(duì)象的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù),則&下降較慢,由于調(diào)節(jié)器的積分作用,海吉布盡管在下降,u1仍繼續(xù)增長(zhǎng),在&衰減到零以前u1還來得及升到限幅值3。如果調(diào)節(jié)對(duì)象的時(shí)間常數(shù)較小,則&衰減較快,當(dāng)積分量還來不及把u1抬高到限幅值以前,&已經(jīng)衰減到零,u1也就不能再增長(zhǎng),這時(shí)積分器不會(huì)飽和。Whenepsilonzerodeviationsignalisstepsignal,proportionalpartwillsuddenlyincrease,whileintegralpartaccordingtothelineargro

16、wth,afteracertaintime,theproductoutputreacheslimitvalues.Andpracticalsystem,thedeviationsignalrelay,epsilonisjustthebeginning,asthegrowthoftheoutputsignalofusc,epsilonzerodeviationsignalwillreducegradually,u1canrisetothelimitingvalue,dependsonthegrowthofu1andepsilonattenuationwhichoneisfaster.Iftime

17、constantofregulatingobjectthancontrollertimeconstant,theslowertheepsilonisreduced,duetotheeffectofintegrationoftheregulator,inspiteofthedrop,u1isstillcontinuetogrow,beforetheepsilondecaytozerou1stillcanrisetothelimitingvalue3.Iftheadjustingobjectsmallertimeconstant,theepsilondecayquickly,whentheprod

18、uctcomponentcouldu1beforepushinguptothelimitingvalue,epsilonhasdecaytozero,u1alsocantagaingrowth,theintegratorwillnotsaturated.在動(dòng)態(tài)過程中,pi調(diào)節(jié)器輸出電壓u1是否飽和對(duì)系統(tǒng)的輸出波形很有影響。若u1一旦飽和,只有&變負(fù),即useusr時(shí),才有可能使它退出飽和,因此必然超凋。Intheprocessofdynamic,PIregulatoroutputvoltageu1issaturatedoutputwaveformhasinfluenceonthesystem.

19、Ifu1oncesaturated,onlyepsilonbecomesnegative,namelytheuscusr,islikelytomakeitoutofsaturation,thereforethedepth.3直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性Themechanicalpropertiesof3dcpulsewidthspeedregulationsystem由于采用了脈寬調(diào)制,嚴(yán)格地說,即使在穩(wěn)態(tài)情況下,脈寬調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也都是脈動(dòng)的4。所謂穩(wěn)態(tài),是指電動(dòng)機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài),機(jī)械特性是平均轉(zhuǎn)速和平均轉(zhuǎn)矩(電流)的關(guān)系。Withpulsewidthmodulat

20、ion,strictlyspeaking,evenundersteadystateconditions,pulsewidthspeedregulationsystemofpulsationoftorqueandrotationalspeedarealso4.Steadystate,referstotheaverageelectromagnetictorqueandloadtorqueofmotorphaseequilibriumcondition,mechanicalcharacteristicsistheaveragespeedandaveragetorque(current).采用不同形式的pwm變換器,系統(tǒng)的機(jī)械特性也不一樣。對(duì)于雙極式控制的可逆電路,電流的方向是可逆的,無論是重載還是輕載,電流波形都是連續(xù)的,因而機(jī)械特性關(guān)系式比較簡(jiǎn)單。UsingdifferentformsofPWMconverter,mechanicalpropertiesofthesystemisalsodifferent.Forbipolarreversibletypecontrolcircuit,thecu

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