雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)進(jìn)行電機(jī)控制。首先需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定出調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)型 Matlab軟件對(duì)完整的設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，得到仿真波形。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)；直流調(diào)速器；控制系統(tǒng)；晶第1章緒論以上的技術(shù)創(chuàng)新，使得現(xiàn)在直流式調(diào)速控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)已經(jīng)發(fā)生了很大變1.2研究現(xiàn)狀(1)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)(2)國(guó)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)從80年代中后期起，世界各大電氣公司都在競(jìng)相開(kāi)發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動(dòng)裝置第2章課題中應(yīng)用的主要技術(shù)率、可靠性、成本、體積均無(wú)法與同容量的直流調(diào)速裝置相比。20世紀(jì)80年代集成化、模塊化方向繼續(xù)發(fā)展，第三代電力功率的變頻調(diào)速裝置(1000—10000kw)采用GTO器件。20世紀(jì)90年代至今，電ASPM等。模塊化功率器件將是21世紀(jì)主宰器件。需要指出的是，以上所述的力電子技術(shù)連同電力傳動(dòng)控制與計(jì)算機(jī)技術(shù)一起仍是21世紀(jì)最重要的兩大技電路大多采用具有高度輸出口HSO的單片機(jī)(如80196)及數(shù)字信號(hào)處理器現(xiàn)有調(diào)速產(chǎn)品調(diào)查：6RA70調(diào)速系統(tǒng)西門(mén)子SIMOREGK6RA23/24系列全的SIMOREGDCMaster6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速產(chǎn)品，在6RA24產(chǎn)品的基4)所有工藝板、通訊板都可與新一代的SIMO流從15A至3000A。緊湊型整流器可以并聯(lián)使用，提供高至12000A的電流，勵(lì)磁電路可以提供最大85A的電流。頻率范圍為45Hz-65Hz(電樞和勵(lì)磁互不相關(guān))。工作在擴(kuò)大的頻率范圍第3章直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)3.1晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)3.1.1主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖三相交流電源經(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3.1.2電力電子器件選型步驟3.1.3選擇功率器件的標(biāo)準(zhǔn)3.2電力電子器件的應(yīng)用電路圖3.2三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路A/D模數(shù)變換將控制電壓U.模擬量轉(zhuǎn)換成與U成正比的脈沖頻率數(shù)字量。用cp表示，分別送到三個(gè)分頻器。分頻器用七位二進(jìn)制集成電路計(jì)數(shù)器組成，3.3信號(hào)檢測(cè)裝置測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)可用信號(hào)傳感器理信號(hào)調(diào)理圖3.3信號(hào)檢測(cè)及處理電路2)變送器。一般來(lái)講，傳感器輸出的電信號(hào)都比較微弱，有些傳感器的輸號(hào)或者0～5V的電壓信號(hào)。 經(jīng)精確設(shè)計(jì)，其輸出電動(dòng)勢(shì)E和轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系，即E=Kn,K是常數(shù)。改變第4章雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制理論圖4.1為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，圖4.2為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的級(jí)連接，即把電流調(diào)節(jié)器的輸出作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入，再用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出圖4.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖UBQIs+11Ut4.1雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)4.2電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化分為忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響、等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)、小慣性環(huán)節(jié)的近似處理等環(huán)節(jié)。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)T1遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm,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)，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，即DE≈0。這時(shí)，電流環(huán)如圖4.3所示。1K圖4.3忽略反電動(dòng)勢(shì)動(dòng)態(tài)影響的電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖4.2.1確定時(shí)間常數(shù)4.2.2選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)4.2.3計(jì)算ACR比例系數(shù)4.2.4驗(yàn)證近似條件晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：滿(mǎn)足近似條件忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件：滿(mǎn)足近似條件電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：4.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻值和電容值按所用運(yùn)算放大器取R,=40KQ,滿(mǎn)足近似條件圖4.4含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器4.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖4.5所示：ASRR?2圖4.5用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖4.3.1確定時(shí)間常數(shù)4.3.2選用PI調(diào)節(jié)器為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(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)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見(jiàn)，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為，式中：K,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，T,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。4.3.3計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5,但是經(jīng)檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量不符合要求，故選h=3設(shè)計(jì)。則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為：ASR的比例系數(shù)為：4.3.4驗(yàn)證近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為：滿(mǎn)足近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：滿(mǎn)足近似條件。圖4.6含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器第5章雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真EE005-tftar45可用于求解一般的微分方程，采用四階、五階龍格-庫(kù)塔法。仿真結(jié)果如圖5.2圖5.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果第6章數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)根據(jù)系統(tǒng)原理我們?cè)O(shè)計(jì)了數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，如圖6.1主電路：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)進(jìn)行分析比較，若發(fā)生故障立即進(jìn)行故障診斷，以便及時(shí)處理，避免故障進(jìn)一步著cV(電塊檢調(diào)電改穩(wěn)測(cè)隔發(fā)構(gòu)電濃檢滴處理地沖型性rrss)心和其境外設(shè)輸電曲本本圖6.1微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖6.2軟件設(shè)計(jì)部分NYNYNYYYNN圖6.2系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)總體流程圖因此，用匯編或其他高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)電機(jī)微機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序，是整個(gè)系開(kāi)始開(kāi)始u(k)=K?Tram*(k)+4?(NYu?Ck)-HNYNY圖6.3增量式數(shù)字PI調(diào)節(jié)器程序框圖增量式PI程序：Fosc=12MHZ,用一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)50ms,用R2計(jì)數(shù)器內(nèi)容