直流双闭环pwm反馈电路

1、1 已知参数。某转速电流双闭环直流调速系统采用桥式可逆PWM电路供电，已知基本数据如下：(1) 电动机参数： U nom =220V,I nom =136A,nnom =1460r/min,Ra=0.2允许过载倍数=1.5;（ 2）电枢回路总电阻： R=0.5 ；（ 3）电枢回路总电感： L=15mH；（ 4）电动机轴上的总飞轮力矩：GD 2 =22.5N. m 2 ；2 设计指标：电流超调量i5%，转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量表 2 典型型系统动态抗绕性能指标与参数的关系n 10%。m=Tl =T11115102030T2T2Cmax100%27.8%16.6%9.3%6.5

2、%Cb2.83.43.84.0TonTTv14.721.728.730.4T表 3典型型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系参数关系 KT0.250.390.500.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超调量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间 ti6.6T4.7T3.3T2.4T峰值时间 t p8.3T6.2T4.7T3.6T相角稳定裕度76.3 °69.9 °65.5 °59.2 °51.8 °截止频率c0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T表 4典型型系统动态抗扰性能指标与参数

3、关系h345678910Cmax / C b72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%2.452.702.853.003.153.253.303.40t m /T13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85tY / T解：(1) 假设 PWM开关频率为 8kHZ Ts=0.000125s。(2) 电流滤波时间常数 Toi 。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（ 12） Toi =3.33ms，因此取 Toi =2ms=0.002s。（ 3 ） 电 流 环 最 小时 间 常 数 之 和 T i 。

4、 按 最 小 时 间 常 数 近 似 处 理 ， 取T i =Ts+ Toi =0.002125s 。（ 4）L =0.01/0.5=0.02s。GD 2R，Cm =30 Ce ，n=1 (I nom Ra)Tl =RTm =375CeC mU nomCeCe =0.132V·min/r ， Tm =0.18s（ 5）电源电压的抗绕性能：Tl0.02各项指标可以接受的。T i9.520.0021电流调节器超前时间常数：i =Tl =0.02s取晶闸管装置放大系数K s =60U im*I dm电流反馈系数 =0.05 。由表 3知道。应取iT i =0.5 ，因此I =0.5=0.5

5、s 1 238.1 s 1 ，于是， ACRT i0.0021Kii R=238.10.020.5的比例系数为 Ki =500.060.794Ks（ 5）检验近视条件：电流环截止频率：ci =238.1 s 1检验晶闸管整流装置传递函数的近似条件1=1s 12666.7 s 1 > ci满足近似条件3Ts30.000125检验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件31=31s 150 s 1 < ci满足近似条件TmTl0.18 0.02检验电流环小时间常数近视处理条件11= 31s 1666.7s 1 > ci 满足近似条件3TsTl0.0001250.002（ 6）计算调

6、节器电阻电容原理图如上图示，按所用运算放大器取R0=50，各电阻电容值计算如下：Ri =i Ro =0.79450=39.7取 40Ci =i =0.02F=0.510 6 F=0.5F 取0.5 FRi4010 3Coi = 4T0i= 40.002 F=0.16 10 6 F=0.16 F 取 0.16 FR050 103（ 7）电流调节器仿真仿真模型：仿真结果：二：转速调节器设计（ 1）确定时间常数U nm*nmax转速反馈系数 =0.007V·min/r 。电流环等效时间常数1 =2T i =2 0.0021s=0.0042s （iT i =0.5 ）根据所用测速发电机纹波情

7、况，取Ton=0.01s按小时间常数近似处理，转速环小时间常数T n = 1 +Ton =0.0042s+0.01s=0.0142s根据设计要求，得知选用PI 调节器（ WARS (s) = K n ( n s1) ）可满足相应要求n s（ 2）计算相应参数按跟随性和抗扰性都较好的原则，取h=5，则ASR 的超前时间常数为Tn =hT n =5 0.0142s=0.071s求转速换开环增益：K N=h 1=5262595.12s 2，所以2h2T n220.0142 2 sK n= ( h 1) CeTm=60.050.3120.1833.92h RT n250.0070.50.0142（ 3

8、）检验近似条件因为 K= ci ，则 cn = K N = K N n =595.12 0.071 s 1 42.25 s 111K电流环传递函数简化条件3T件Ii l= 1238.1 s 1112.24 s 1 > cn 满足简化条30.0021转速环小时间常数近似处理条件1 K3 TI= 1238.1s 1 51.43 s 1 > cn 满足近似条件i l30.01（ 4）计算调节器电阻和电容Rn = K nR0 =33.940 K=1356K取 1300KCn = n =0.071F 0.54610 9 F=0.546 pF 取 0.55 FRn1300 103Con = 4

9、Ton = 40.01F 1 10 6F=1 F取 1 FR0 40103由表 4 列出的Cmax / Cb 数据经基准值换算后求得，即n=CmaxnbCmax nNTn，h=5时，()2()(-)n*TmC bn*C b查表得Cmax / Cb =81.2 ，带入上式得 =2× 81.2 × 1.5 ×(136 ×0.5/0.132/1460)n×(0.0142/0.18)6.8 <10%，能满足设计要求。(5) 仿真仿真结果整体硬件设计如下图分析如下；首先通过一个桥式整流电流将 220V 交流变为 15V 直流，然后通过一个滑动变阻器

10、调出 10V 电压作为一个阶跃输入。 通过转速环， 电流环，然后为 PWM桥式电流供电，pwm的开关控制可以采用 555 发生器，这里我用了单片机， 显得高端一点，也精确点。接在 P1.1 上，用了个反相器，我估计驱动不够，大功率驱动芯片也许需要，也许还要加个隔离。 电流反馈直接从电机接回去有个电阻， 就是来确定反馈系数。转速反馈并没加转速测量装置，霍尔器件的。那还得模数转换两次，我觉得又延迟又影响精确度。所以接了个同轴电机，作为发电机，再接个电感，反馈回去。大体就是如此。最后附 pwm产生程序一份。下面是一些元件说明。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

11、， 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。桥式可逆 PWM变换器电路如图2 所示。这是电动机 M两端电压 U AB 的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。UsVT1VD1VD3VT3Ug1Ug3MGVT2MOTOR DCVT4VD2VD4Ug2Ug4图 2 桥式可逆 PWM变换器电路双极式控制可逆 PWM变换器的四个驱动电压波形如图 3 所示。U g1Ug4tOtonTU g2Ug3tOUABUstOtonT-Usidid1id2tO图 3 PWM变换器的驱动电压波形他们的关系是：U g1U g 4U g 2U g 3 。在一个开

12、关周期内，当0tton 时，晶体管 VT1 、VT4 饱和导通而 VT3 、VT2 截止，这时 U ABU s 。当 tontT 时，VT1 、VT4 截止，但 VT3 、 VT2 不能立即导通，电枢电流id 经 VD2 、 VD3 续流，这时U ABU s 。 U AB 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。当正脉冲较宽时， tonT ，则 U AB 的平均值为正， 电动机正转， 当正脉冲较窄时， 2则反转；如果正负脉冲相等， tonT ，平均输出电压为零，则电动机停止。2双极式控制可逆 PWM变换

13、器的输出平均电压为U d ton U sT ton2ton1 U sTTT如果定义占空比ton，电压系数U dTU s则在双极式可逆变换器中21调速时，的可调范围为 01 相应的1 1 。当1时， 为正，电动机1 时，1 时，2正转；当为负，电动机反转；当0 ，电动机停止。但22电动机停止时电枢电压并不等于零，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等于零，不产生平均转矩， 徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。 但它也有好处， 在电动机停止时仍然有高频微震电流， 从而消除了正、 反向时静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。双极式控制的桥式可逆PWM变

14、换器有以下优点：1）电流一定连续。2）可使电动机在四象限运行。3）电动机停止时有微震电流，能消除静摩擦死区。4）低速平稳性好，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。控制电路如下所示。主要组成部分有信号设定（频率给定、给定积分器） 、正弦参考信号幅值和频率控制电路（绝对值运算器、压控振荡器、函数发生器、极性鉴别器）、PWM波发生器（三相正弦波发生器、锁相环、三相波载波发生器、比较器）及与主电路相隔离的电压 / 电流检测回路、驱动回路及保护回路。心得体会；通过一个月对其中试题的设计， 虽然实际是用一周来做的， 但真的学到了很多东西，把书本知识用于解决实际问题中， 这正是我们当代大

15、学生所缺少的。 我觉得这次设计很有意义。首先学会了使用 matlab ，matlab 作为一个强大的软件， 我却机会没使用过，这次我一步一步了解，作图，然后分析，仿真，整个流程下来就觉得自己在做一个工程，那种感觉油然而生。 也感觉到了自己很多方面的不足， 实际和理论总是有差距的，书本的东西用实际中很多时候用不了， 实际中总是存在些干扰， 如果是做实物，很多时候感觉是很多问题的， 需要我们去排查。所以你要考虑足够多，才能使问题减到最少。同时也要了解的多，才能想到更多可能性。这次考试感受颇深，以后多多加强这方面能力。PWM单片机程序；#include"reg52.h"sbit PWM=P11;/ 定义输出脚unsigned char i=0;void main()TMOD=0x01;/TH0=(65536-4000)/256;定时器 0工