某轧机主传动直流可控环流可逆运行调速系统设计

1、运动控制系统课程设计设计题目：某轧机主传动直流可控环流可逆运行调速系统设计学 院： 姓 名： 班 级： 学 号： 指导教师： 日 期： 摘要长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。直流调速系统是自动调速系统的主要形式，它具有良好的起、制动性能，可以在较宽的调速范围内实现平滑调速，较快的零动态响应过程，并且低速运转时力矩大这些极好的运行性能和控制特性，长期以来，直流调速系统一直占据着重要地位。从市场的角度来看，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。所以在直流调速系统电气传动

2、中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了PWM双闭环可逆直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。在理论分析和仿真研究的基础上，设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、基准电源、转速调节电路、电流调节器电路、PWM波生成电路、桥式可逆直流脉宽系列电路及转速检测电路的具体实现。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的参数进行分析和计算，利用MATLAB中的Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。关键词：可逆直流调速系统 速度环 电流环 模拟调节器MATLAB IGBTAbstractFor a lo

3、ng time，DC motor is the optimal choice for most variable motion control and closed loop position servo control system with excellent its good linear characteristics, control performance, etc. DC speed control system is the main form of the automatic speed regulation system, it has a good starting an

4、d brake performance, can be in a wider range of speed regulation of smooth realized in speed, fast dynamic response process, and low speed running torque these excellent performance and control characteristic, but for a long time, DC speed control system has been occupies an important position. From

5、 a market perspective, DC speed control system in theory and practice are more mature, from the point of view of the control technology, it is the foundation of ac speed adjustment system. So in dc speed control system in electric transmission won the widely used. This article from the working princ

6、iple of dc machines, a PWM double closed loop reversible dc speed control system, and the mathematical model of detailed analysis of system principle and the static and dynamic performance. In the theory analysis and simulation research, and on the basis of design a set of experiments with double cl

7、osed loop dc speed control system, detailed introduces system main circuit, sawtooth wave produces circuit, benchmark power supply, rotate speed adjustment circuit, current regulator circuit, PWM waves generated circuit, bridge type reversible dc speed pulse width series circuit and the realization

8、of a detection circuit. Then according to automatic control theory, double closed loop speed regulation system, the design parameters of analysis and calculation the use of MATLAB of Simulink of the system parameters to the set of the simulation, through the simulation won the parameters setting the

9、 basis.Keywords: reversible do speed control system; Speed loop; Current loop; Simulation regulator; MATLAB;IGBT目录绪论-4第一章 设计内容及要求-5第二章 系统方案选择-61 直流电动机的调速方案的选择-62 主电路设计-8第三章 控制电路及驱动电路设计-133.1 控制电路-133.2 驱动电路-17第四章 电流调节器与转速调节器的设计-204.1 调节器工程设计方法的基本思路-204.2 系统主要参数的计算-204.3 电流调节器的设计-214.4 转速调节器的设计-25第五章

10、 其他单元电路设计-285.1 基准电源设计-285.2 转速检测电路-285. 3 本设计采用的励磁回路-29第六章 系统各保护电路设计-326.1 交流侧和直流侧保护-32第七章 系统仿真-377.1 MATLAB仿真软件介绍-377.2 仿真模型的建立-397.3 仿真如下-39总结-43设计体会-44附录-45绪论可逆轧机为单机架轧机，进行多道次钢带轧钢。它是由主传动，压下装置，前后夹送棍及左右卷取机等组成。生产过程简介:轧制前先启动压下装置电击提升轧辊，使轧辊有一定开度，将钢卷坯料装在开卷机上。启动开卷机将钢带通过轧辊喂入卷取机上，并将钢带咬住。左右卷取机同时向反向开动，将钢带拉紧，

11、产生一定拉力，即静张力。开动压下电击，将轧辊压下一定的压下量。开动主轧机进行第一道轧制。开动主轧机，同时发出补偿信号给左右卷取机。卷取机正转，开卷机反转，并与主传动保持同步，保持恒张力轧制。此时，卷取机工作在电动状态，开卷机工作在制动状态。当带钢尾端离开开卷机后主传动降速到喂料速度。带钢尾端离开轧辊后，卷取机及前部夹送棍应在120mm内停止，便于下一道次轧制不需人工喂料。轧制工艺对电气传动系统的要求（1）由于反复多道次轧制，要求传动系统可逆运转并且无级调速。（2）轧制过程中要保持轧制速度恒定，在加减速过程中要求加减速恒定，实现快速反向。（3）在轧制过程中要保持给定张力，误差不得超过8%。（4）

12、开卷机与卷取机在轧制过程中应与主传动的线速度同步。（5）电气传动系统应有较高的静态精度，动态品质与抗扰性能。轧机的主要工艺数据 轧制材料：自行车钢带 坯料厚度及宽度：厚2.24.5mm；宽120250mm 轧制速度：0.33M/S 喂料速度：0.3M/S 工作轧辊直径:165mm,支持 直径：400mm 轧刚长度：350mm 主传动电动机：ZZJ2-91,Pcd=145KW,Ucd=220V,Icd=2.1A,ncd=1460rpm,Uf=220V,If=9.6A第一章 设计内容及要求设计题目：某轧机住传动直流可控环流可逆运行调速系统设计1.设计内容采用转速、电流负反馈构成双闭环调速系统。主回

13、路采用三相桥，可控环流，可逆运行，使用IGBT。励磁回路采用三相桥式晶闸管变流装置供电，构成励磁电流闭环控制。2.技术要求（1）直流电动机数据：220V，2.1A，1460rpm，Ce=0.192V.min/r，允许的过载倍数=1.5，电枢回路电阻Ra=5，系统运用部分的转动惯量G =10N。（2）要求达到的性能指标：D=20，S5%，电流超调量i5%，转速无静差，且空载起动到额定转速时的转速超调n10%。3.设计内容及工作量（1）系统方案选择（2）主电路设计（3）触发电路与驱动电路设计（4）转速调节器与电流调节器的设计（5）保护装置设计（6）画出系统电路图，并撰写设计说明书4. 系统概述直流

14、调速是指人为的地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。转速、电流双闭环直流调速的控制规律、性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，及分别计入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套联接。图1-1转速、电流双闭环直流调速系统 本课程设计就要求结合给定的初始条件来完成直流双闭环调速系统的设计，其中包括绘制该调速系统的原理图，对调节器进行工程设计，选择调

15、节器参数等。由于设计要求明确指出使用IGBT，考虑到IGBT很少用于整流电路中，故选择H桥电路（即PWM变换器电路）对电机进行控制，该系统中电动机停止时电枢电压瞬时值并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的，这个交变电流的平均值为零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗。但它也有好处，在电动机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正反向时的静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用，对于该系统中的环流问题在本次设计中不在考虑。第二章 系统方案选择1 直流电动机的调速方案的选择1.1 直流电动机的调速方法有三种：（1）调节电枢供电电压U。 改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电

16、压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。 变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。（2）改变电动机主磁通。 改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。 变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。（3）改变电枢回路电阻R。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。改变电阻调速缺点

17、很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主速。故本系统中选择调节电枢供电电压U的方法来调速。1.2 供电方案选择 可逆冷轧机采用F-D系统拖动控制方案可以实现工艺提出的要求，由一台交流电动机拖动一台直流发电机供电，但是装机容量不大，占地面积大，耗电多，缺点多，优点少，不建议采用。目前采用较多的是用可控硅整流装置给直流电动机供电，即V-M调速系

18、统。所用设备少，体积小，占地面积也小。由于该方案采用静止的变流装置，所以没有噪音，效率高，耗电量少，节省电能，比较理想。由于在设计要求中明确指出使用IGBT，所以不使用V-M调速系统，结合设计中可逆等要求，故选择目前使用较多的桥式可逆PWM变换器电路该电动机供电。桥式可逆PWM变换器1.3 整流电路方案选择根据设计要求采用三相桥式整流电路，又因为采用了桥式PWM控制电动机，所以采用三相不可控桥供电就可以满足要求，并且从经济角度考虑，也很适用。 三相桥式不可控整流电路2主电路设计2.1 选择PWM控制系统的理由脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（Silicon General）的第二代产品SG3

19、525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。PWM系统在很多方面具有较大的优越性 ：1） PWM调速系统主电路线路简单，需用的功率器件少。2） 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。3） 低速性能好，稳速精度高，调速范围广，可达到1：10000左右。4） 如果可以与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。5） 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。 6） 直流电源采用不可控整流时，电网功率因数比相

20、控整流器高。 2.2 桥式可逆PWM变换器的工作原理脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。电动机M两端电压 的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压波形如下图所示。 PWM变换器的驱动电压波形他们的关系是：。在一个开关周期内，当时，晶体管、饱和导通而、截止，这时。当时，、截止，但、不能立即导通，电枢电流经、续流，这时。在一个周期内正负相间，这是双极式PWM变换器的特征，其电压、电流波形如图2所示。电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。当正脉冲

21、较宽时，则的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，平均输出电压为零，则电动机停止。双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为如果定义占空比，电压系数则在双极式可逆变换器中调速时，的可调范围为01相应的。当时，为正，电动机正转；当时，为负，电动机反转；当时，电动机停止。2.3 主电路工作原理H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如下图所示。PWM逆变器的直流电源由交流电网经不可控的二极管整流器产生，并采用大电容滤波，以获得恒定的直流电压。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波电容充电，这时电容器两端电压升高称作“泵升电压”。为了限制泵升电压

22、，用镇流电阻Rz消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通VTz。可逆PWM变换器主电路系采用MOSFET所构成的H型结构形式，它是由四个功率IGBT管（VT1、VT2、VT3、VT4）和四个续流二极管（VD1、VD2、VD3、VD4）组成的双极式PWM可逆变换器，根据脉冲占空比的不同，在直流电机M上可得到正或负的直流电压。主电路主要环节是：整流电路、斩波电路及保护电路。2.4 主电路中各器件的选择 （1）电动机型号的选择：根据设计要求中电动机的参数，可以选择型号为ZZJ2-91的电动机Pcd=145KW,Ucd=220V,Icd=2.1A, ncd=1460rpm,Uf=220V,If=9.

23、6A。（2）IGBT的选择：因为Us=220V，取3倍裕量，选耐压为660V以上的IGBT。由于IGBT是以最大值标注，且稳定电流与峰值电流间大致为4倍关系，故应选用大于4倍额定负载电流的IGBT为宜。选用8.4A 以上的IGBT，并配以相应散热器即可。选择的IGBT型号为20MT120UF的IGBT。（3）整流二极管的选择：二极管承受最大反向电压 ，考虑3倍裕量，则，取该电路整流输出接有大电容，而且负载也不是纯电感负载，但为了简化计算，仍按电感负载进行计算，只是电流裕量可适当取大些即可。故选用大功率整流二极管ZP10A。（4）滤波电容选择一般根据放电时间常数计算，负载越大，要求纹波系数越小，

24、电容量也越大。一般不作严格计算，多取以上。因该系统负载不大，故取 耐压按 ，取。即选用、电容器。同时电阻R选择几千欧的大电阻。 （5）泵升电路参数的选择：泵升电路由一个电容量大的电解电容、一个电阻和一个VT组成。泵升电路中电解电容选取 ；电压U=500V；VT选取IRGPC50U 型号的IGBT管；电阻选取R=20 。 （6）续流二极管的选择： 根据 故同样选择大功率整流二极管ZP10A。(7)整流变压器计算与选择：一般情况下，整流装置所要求的交流供电电源与电网电压不一致，因此需要使用整流变压器。此外，整流变压器还可减小电网和整流装置的相互干扰。的计算考虑占空比为则取则考虑裕量取一、二次电流计

25、算取变比考虑空载电流 取变压器容量计算根据以上计算可以选择变压器的型号为XY-206A。第三章 控制电路及驱动电路设计3.1 控制电路根据IGBT的特点，本设计用脉宽调制（PWM）控制方式对开关管的占空比进行控制。采用的芯片是脉宽调制器SG3525。要改变输出脉冲PWM的占空比， 只要改变调制信号Ur的电压大小即可实现 。3.1.1 SG3525的应用集成脉宽调制控制器SG3525是控制电路的核心，它采用恒频脉宽调制控制方案，适合于各种开关电源、斩波器的控制。本设计电路中用SG3525产生的脉宽调制信号作为IGBT的驱动信号，其外围电路接线图见下图。3.1.2 SG3525芯片的主要特点SG3

26、525为美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成电路，如下图所示。图3-2 SG3525芯片的内部结构它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。输出级采用推挽输出，双通道输出，占空比0-50%可调.每一通道的驱动电流最大值可达200mA,灌拉电流峰值可达500mA。可直接驱动功率MOS管，工作频率高达400KHz，具有欠压锁定、过压保护和软启动振荡器外部同步、死

27、区时间可调、PWM琐存、禁止多脉冲、逐个脉冲关断等功能。该电路由基准电压源、震荡器、误差放大器、PWM比较器与锁存器、分相器、欠压锁定输出驱动级，软启动及关断电路等组成，可正常工作的温度范围是0-700C。基准电压为5.1 V士1%，工作电压范围很宽，为8V到35V.3.1.3 SG3525引脚各端子功能SG3525采用16端双列直插DIP封装，各端子功能介绍如下:1脚:INV. INPUT(反相输入端):误差放大器的反相输入端，该误差放大器的增益标称值为80db，其大小由反馈或输出负载来决定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容元件的组合。该误差放大器共模输入电压范围是1. 5V-

28、5. 2V。此端通常接到与电源输出电压相连接的电阻分压器上。负反馈控制时，将电源输出电压分压后与基准电压相比较。2脚:NI. INPUT (同相输入端):此端通常接到基准电压16脚的分压电阻上，取得2. 5V的基准比较电压与INV. INPUT端的取样电压相比较。3脚:SYNC(同步端):为外同步用。需要多个芯片同步工作时，每个芯片有各自的震荡频率，可以分别他们的4脚和3脚相连，这时所有芯片的工作频率以最快的芯片工作频率同步。也可以使单个芯片以外部时钟频率工作。4脚:OSC. OUTPUT(同步输出端):同步脉冲输出。作为多个芯片同步工作时使用。但几个芯片的工作频率不能相差太大，同步脉冲频率应

29、比震荡频率低一些。如不需多个芯片同步工作时，3脚和4脚悬空。4脚输出频率为输出脉冲频率的2倍。输出锯齿波电压范围为0. 6V到3. 5V.5脚:Cr(震荡电容端):震荡电容一端接至5脚，另一端直接接至地端。其取值范围为0.001,u F到0. 1 u F。正常工作时，在Cr两端可以得到一个从0.6V到3. 5V变化的锯齿波。6脚:Rr(震荡电阻端):震荡电阻一端接至6脚，另一端直接接至地端。Rr的阻值决定了内部恒流值对Cr充电。其取值范围为2K欧到150K欧 Rr和Cr越大充电时间越长，反之则充电时间短。7脚:DISCHATGE RD(放电端):Cr的放电由5. 7两端的死区电阻决定。把充电和

30、放电回路分开，有利与通过死区电阻来调节死区时间，使死区时间调节范围更宽。其取值范围为0欧到500欧。放电电阻RD和CT越大放电时间越长，反之则放电时间短。8脚:SOFTSTATR(软启动):比较器的反相端即软启动器控制端8,端8可外接软启动电容，该电容由内部Vf的50uA恒流源充电。9脚:COMPENSATION(补偿端):在误差放大器输出端9脚与误差放大器反相输入端1脚间接电阻与电容，构成PI调节器，补偿系统的幅频、相频响应特性。补偿端工作电压范围为1. 5V到5. 2V.10脚:SHUTDOWN(关断端):10端为PWM锁存器的一个输入端，一般在10端接入过流检测信号。过流检测信号维持时间

31、长时，软起动端8接的电容C:将被放电。电路正常工作时，该端呈高电平，其电位高于锯齿波的峰值电位(3. 30。在电路异常时，只要脚10电压大于0. 7V，三极管导通，反相端的电压将低于锯齿波的谷底电压(0.9V)，使得输出PWM信号关闭，起到保护作用.11脚:OUTPUT A,14脚: OUTPUT B(脉冲输出端):输出末级采用推挽输出电路，驱动场效应功率管时关断速度更快.11脚和14脚相位相差1800，拉电流和灌电流峰值达200mA。由于存在开闭滞后，使输出和吸收之间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲，起持续时间约为l00ns。可以在V7V时，过流保护电流控制运算放大器，使其输出软关断信

32、号，在10s内将脚3输出电平降为O。因EXB841无过流自锁功能，所以外加过流保护电路，一旦产生过流，可通过外接光耦TLP521将过流保护信号输出，经过一定延时，以防止误动作和保证进行软关断，然后由触发器锁定，实现保护。缺点：EXB84l过流保护阀值过高，Vce7V时动作，此时已远大于饱和压降；存在保护肓区；在实现止常关断时仅能提供一5V偏压，在开关频率较高、负载过大时，关断就显得不可靠；无过流保护自锁功能，在短路保护时其栅压的软关断过程被输入的关断信号所打断。EXB841 系列驱动器的各引脚功能如下：脚1 ：连接用于反向偏置电源的滤波电容器；脚2 ：电源（ 20V ）；脚3 ：驱动输出；脚4

33、 ：用于连接外部电容器，以防止过流保护电路误动作（大多数场合不需要该电容器）；脚5 ：过流保护输出；脚6 ：集电极电压监视；脚7 、8 ：不接；脚9 ：电源；脚10 、11 ：不接；脚14 、15 ：驱动信号输入（-，）；3.2.1 在该系统中EXB84l的电路图如下所示： 第四章 电流调节器与转速调节器的设计4.1 调节器工程设计方法的基本思路 先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需要的稳态精度。再选择调节器的参数，以满足动态性能指标。设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始，一环一环地逐步向外扩展。在这里是：先从电流环人手，首先设计好电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统

34、中的一个环节，再设计转速调节器。4.2 系统主要参数的计算直流电动机数据：220V，2.1A，1460rpm，Ce=0.192V.min/r,允许过载倍数，电枢回路电阻Ra=5,系统运动部分的转矩惯量GD2=10Nm2。要求达到的性能指标：D=20；S5%,电流超调量i5%,转速无静差，且空载启动到额定转速时的转速超调量n10%。设ASR和ACR均采用PI调节器，ASR的输出限幅Uim*=-10V,ACR的输出限幅Ucm=10V,最大给定电压Unm*=15V。则可知：单相桥式全控整流电路:L=0.693U2Idmin=2.872202.10.1=726mH一般取Idmin为电动机额定电流的5%

35、10%。开环系统额定速降为： nop=IdNCeR=2.150.192= 54.6875r/min主电路总电阻R近似等于电枢回路电阻Ra闭环系统额定速降为： ncl=snND(1-s)=14600.05200.95=3.8421 r/min闭环系统的开环放大系数为：K=nopncl -1=54.68753.8421=13.2337电枢回路电磁时间常数：Tl= LR = 0.7265 =0.1452s电力拖动系统机电时间常数：Tm=GD2R375CeCm=1053750.192300.192=0.379s转速反馈系数：=Unm*nmax=151460=0.01027电流反馈系数： 最大允许电流I

36、dm=1.5IN=1.52.1=3.15A =Uim*Idm=103.15=3.17464.3 电流调节器的设计4.3.1电流调节器的动态结构图及近似处理设计电流环首先遇到的问题是反电动势产生的交叉反馈作用。它代表转速环输出量对电流环的影响。实际系统中的电磁时间常数TL一般远小于机电时间常数Tm，因而电流的调节过程往往比转速的变化过程快得多，也就是说，比反电动势E的变化快得多。反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用，在电流调节器的调节过程中可以近似的认为E不变，即E=0。这样，在设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态作用，而将电动势反馈作用断开，从而得到忽略电动势影响的电流环近似

37、结构图。再把给定滤波和反馈滤波两个环节等效地移到环内。最后，Ts和Toi一般比Tl小的多，可以当作小惯性环节处理，看作一个惯性环节，取Ti=Ts+Toi6。 图4-1 电流环的动态结构图及其化简4.3.2脉宽调制器和PWM变换器的滞后时间常数与传递函数的计算电动机的启动电流为 Is =UsR=2205=44A启动电流与额定电流比为 as =IsIN=4452.1=20.952晶体管放大区的时间常数为 Tce =12f=123.14106=0.159s电流上升时间的计算公式为 tr=Tcelnk1k2-0.95式中晶体管导通时的过饱和驱动系数，取=2则 tr=Tcelnk1k2-0.95=0.1

38、03s电流下降时间的计算公式为 tf=Tceln1+k20.05+k2式中晶体管截止时的负向过驱动系数，取=2则 tf=Tceln1+k20.05+k2=0.061s又 Tl= LR = 0.7265 =0.1452s最佳开关频率为 fop=0.3323as Tl2+（tr+tf=3930Hz故开关频率f选择3.9kHz，此开关频率已能满足电流连续的要求。于是开关周期 TPWM=TS=1f=0.254ms脉宽调制器和PWM变换器的放大系数为 KPWM= UdUi* = 22010 =22于是可得脉宽调制器和PWM变换器的传递函数为 WPWM(s)=KPWMTPWMS+1=220.000254+

39、1（2）电流滤波时间常数 取3ms（3）电流环小时间常数 Ti=TPWM+TOi=0.254ms+3ms=3.254ms 4.3.3选择电流调节器结构根据设计要求，而且TlTi0.1452s0.003254s44因此可以按典型I型系统设计电流调节器选用PI型，其传递函数为 4.3.4选择电流调节器参数 i=Tl=0.1452s要求时，应取，因此 KI=0.5Ti=0.50.003254s-1153s-1于是，ACR的比例系数为 Ki=KIiRKs=1530.14525223.17461.5904 4.3.5检验近似条件 ci=KI=153s-1（1） 要求，现13Ts=130.254mss-1

40、1312s-1ci（2） 要求，现 31TmTl = 310.3790.601 s-1 =12.78s-1ci可见均满足要求。4.3.6计算ACR的电阻和电容取=40k，则 Ri=KiR0=1.5940=63.6 K 取64 K Ci=iRi=0.145264103=2.27F 取2.3F Coi=4ToiR0=40.00340103=0.3F 取0.3F按照上述参数，电流环可以达到的动态指标为，故满足设计要求。电流调节器如下图所示：4.4 转速调节器的设计4.4.1转速调节器的动态结构图及近似处理用电流环的等效环节代替电流闭环后，整个转速调节系统的动态结构图如4-2（a）所示。把给定滤波和反

41、馈滤波环节等效地移到环内，同时将给定信号改为U*n(s)/；再把时间常数为Ton和2Ti的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为Tn的惯性环节，且Tn=Ton+2TI,，则转速环结构图可转化成图4-2（b）。图4-2 转速环的动态结构图及其近似处理4.4.2确定时间常数（1）电流环等效时间常数为1KI=2Ti= 20.003254=0.006508s（2）取转速滤波时间常数 Ton=0.005s（3）转速换小时间常数Tn。按小时间常数近似处理，取 Tn= 1KI+Ton= 0.006508+0.005=0.011508s4.4.3 ASR结构设计根据稳态无静差及其他动态指标要求，按典型I

42、I型系统设计转速环，ASR选用PI调节器，其传递函数为 4.4.4 选择ASR参数取h=5，则n=hTn=50.011508=0.005754s KN=h+12h2Tn2=62520.0115082906.11s-2 则 Kn=(h+1)CeTm2hRTn=63.1740.1920.379250.0102750.011508234.5 4.4.5 校验近似条件cn=KN1=KNn= 906.110.0575452.13s-1（1） 要求，现15Ti=61.5s-1cn（2）要求，现1312TI=58.4s-1cn可见均能满足要求。4.4.6 计算ASR电阻和电容取，则 Rn=KnR0= 234

43、.540=9380 K 取Rn= 9400K Cn=nRn=0.0575494001030.0061F 取0.0061FCon=4TonR0=40.005401030.5F 取0.5f4.4.7 检验转速超调量当h=5时，CmaxCb= 81.2%,而nN=54.69rmin,因此 n%=CmaxCb2(-Z)nNnTnTm= 81.2%21.554.691460 0.0115080.379= 0.27%10%可见转速超调量符合要求。转速调节器如下图所示：第五章 其他单元电路设计5.1 基准电源设计此电路用于产生正、负15V电压作为转速给定电压以及基准电压，如下图所示。5.2 转速检测电路转速

44、检测电路如下图所示。与电动机同轴安装一台测速发电机，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压，与给定电压相比较后，得到转速偏差电压输送给转速调节器。测速发电机的输出电压不仅表示转速的大小，还包含转速的方向，测速电路如图15所示，通过调节电位器即可改变转速反馈系数。图 转速检测电路5.3 本设计采用的励磁回路直流电机的励磁回路通过三相桥式晶闸管变流装置来完成。如下图所示。三个晶闸管的阴极联系在一起，称之为共阴极接法，这种接法触发电路与公共端，连线方便。图 三相桥式晶闸管变流电路三相全控桥蒸整流电路实际上是组成三相半波晶闸管整流电路中的共阴极和共阳极组串联电路。三相全控桥整流电路可实现对共阴极组合共阳极组同时进行控制，控制角都是。在一个周期内6个晶闸管都要被触发一次，触发顺序一次为：VT1，VT2，VT，VT4，VT5，VT6，6个触发相位依次相差60度。为了构成一个完整的电流回路，要求有两个晶闸管同时导通，其中一个在共阴极组，令一个在共阳极组。为此，晶闸管必须严格按编号轮流导通。晶闸管与按A相，晶闸管与B 相，晶闸管与按C 相，晶闸管接成共阳极组，晶闸管接成共阴极组。在电流控制下，只有接在电路共阴