设计直流脉宽调速电动机系统的机械特性

1、1.1直流电动机pwm控制系统原理。pwm控制技术一直是变频技术的核心技术之一。它通过分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。principleofdemotorPWMcontrolsystem.PWMcontroltechnologyhasbeenoneofthecoretechnologyoffrequencyconversiontechnology.Itthroughtheuseofresolutioncounter,thesquarewavedutyratioismodulatedtoencodeaspecificanalogsignallevel.

2、直流电动机pwm控制系统有可逆和不可逆系统之分。可逆系统是指电动机可以正反两个方向旋转；不可逆系统是指电动机只能单方向旋转。对于可逆系统，又可分为单极性驱动和双极性驱动两种方式。这里只研究双极性驱动。DcmotorPWMcontrolsystemcanbereversibleandirreversiblesystems.Reversiblesystemisreferstothemotorcanbepositiveandnegativetwodirection;Irreversiblesystemreferstothemotorcanonlysingledirection.Forreversib

3、lesystemandcanbedividedintosinglepolardrivinganddoublepolardrivingintwoways.Hereonlythebipolardrive.h型双极性可逆pwm驱动系统控制原理。h”型是双极性驱动电路的一种，也称为桥式电路。如图1所示。其电路是由四个开关管和四个续流二极管组成，单电源供电。四个开关管分为两组，v1和v4为一组，v2和v3为另一组。同一组的开关管同步导通或关断，不同组的开关管的导通和关断正好相反。hbipolarreversiblePWMdrivesystemcontroltheory.Htypeisoneofthebi

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

5、andshutofftheswitchtubeofjusttheopposite.在每个pwm周期里，当控制信号vi1高电平时，开关管v1和v4导通，此时vi2为低电平，因此v2和v3截止。电枢绕组承受从a到b的正向电压；当控制信号vi1为低电平时，开关管v1和v4截止，此时vi2为高电平，因此v2和v3导通，电枢绕组承受从b到a的反向电压，这就是所谓的“双极”IneachPWMcycle,whenthecontrolsignalvi1highelectricityatordinarytimes,switchtubev1andv4conduction,vi2atthistimeforthelo

6、wlevel,thereforethev2andv3.Thearmaturewindingunderthepositivevoltagefromatob;Vi1whenthecontrolsignalforlowelectricityatordinarytimes,switchtubev1andv4as,vi2forhighlevelrightnow,sothev2andv3conduction,armaturewindinginheritfrombtoareversevoltage,thisistheso-calledbipolar.可见，双极性可逆pwm驱动时，电枢绕组所承受的平均电压取决

7、于占空比a大小。当a=0时，u0=-us，电动机反转，且转速最大；当a=1时，u0=us，电动机正转，转速最大；当时,a=1/2时u0=0,电动机不转，但电枢绕组中仍然有交变电流流动，使电动机产生高频振荡，这种振荡有利于克服电动机负载的静摩擦，提高动态性能。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调速系统的设计2speedcontrolsystemdesig

9、n对于一个控制系统而言，最关键的是控制器的设计，控制器设计的好坏关系到控制系统性能的优劣。控制器要求实时性强，通用性强，具有较强的智能，在满足性能指标的前提下应尽可能的简单。Foracontrolsystem,thekeyisthedesignofcontroller,thecontrollerdesignisgoodorbadisrelatedtothemeritsofthecontrolsystemperformance.Controllerrequiresstrongreal-timeperformance,strongcommonality,strongintelligence,inm

10、eettheunderthepremiseofperformanceindicatorsshouldbeassimpleaspossible.pi控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或提高系统的稳态误差，改善系统的稳态性能。而增加酿酒设备的负实零点则用来提高系统的阻尼度，缓和pi控制器极点对系统稳定性产生的不利影响。只要积分时间常数ti足够大，pi控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。在控制系统中，pi控制器主要用于改善控制系统的稳态性能2。PIcontrollerisequivalenttoin

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

12、,moderatePIcontrollerpoleshaveadverseeffectsonsystemstability.Aslongastheintegraltimeconstanttiislargeenough,thenegativeimpactofthePIcontrolleronthesystemstabilitycanbegreatlyreduced.Inthecontrolsystem,controlsystemofPIcontrollerismainlyusedtoimprovethesteadystateperformance2.闭环调速系统的转速和电流调节器都米用pi调节器

13、。米用pi调节器的自动控制系统。ClosedloopspeedregulationsystemofspeedandcurrentregulatorUSESPIregulator.AutomaticcontrolsystemofPIregulator.从传递函数看，自动调节系统为：Fromthetransferfunctionofautomaticregulatingsystemfor:=wp1(s)=kpkp+B(2)S=wp1KPKP+s=s(s)=(2)u1可分成比例部分ulp，和积分部分uli，其中，比例部分和偏差成正比积分部分同偏差的积分有关，把两部分加起来，就是调节器的输出信号u1。

14、U1u1pproportioncanbedividedintoparts,andintegralpartofu1i,amongthem,theproportionisproportionaltothedeviationintegralpartsassociatedwithdeviationintegral,addtwopartstogether,isthecontrolleroutputsignalu1.当偏差信号&是阶跃信号时，比例部分会突然加大，而积分部分则按线性增长，经过一定时间后，u1输出达到限幅值。而实际系统中，偏差信号&只是一开始突跳，随着输出信号use的增长，偏差信号&便逐渐降低

15、，u1是否能够升到限幅值，就要看u1的增长和&的衰减哪一方更快。如果调节对象的时间常数远大于调节器的时间常数，则&下降较慢，由于调节器的积分作用，海吉布尽管在下降，u1仍继续增长，在&衰减到零以前u1还来得及升到限幅值3。如果调节对象的时间常数较小，则&衰减较快，当积分量还来不及把u1抬高到限幅值以前，&已经衰减到零，u1也就不能再增长，这时积分器不会饱和。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.在动态过程中，pi调节器输出电压u1是否饱和对系统的输出波形很有影响。若u1一旦饱和，只有&变负，即useusr时，才有可能使它退出饱和，因此必然超凋。Intheprocessofdynamic,PIregulatoroutputvoltageu1issaturatedoutputwaveformhasinfluenceonthesystem.

19、Ifu1oncesaturated,onlyepsilonbecomesnegative,namelytheuscusr,islikelytomakeitoutofsaturation,thereforethedepth.3直流脉宽调速系统的机械特性Themechanicalpropertiesof3dcpulsewidthspeedregulationsystem由于采用了脉宽调制，严格地说，即使在稳态情况下，脉宽调速系统的转矩和转速也都是脉动的4。所谓稳态，是指电动机的平均电磁转矩和负载转矩相平衡的状态，机械特性是平均转速和平均转矩(电流)的关系。Withpulsewidthmodulat

20、ion,strictlyspeaking,evenundersteadystateconditions,pulsewidthspeedregulationsystemofpulsationoftorqueandrotationalspeedarealso4.Steadystate,referstotheaverageelectromagnetictorqueandloadtorqueofmotorphaseequilibriumcondition,mechanicalcharacteristicsistheaveragespeedandaveragetorque(current).采用不同形式的pwm变换器，系统的机械特性也不一样。对于双极式控制的可逆电路，电流的方向是可逆的，无论是重载还是轻载，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单。UsingdifferentformsofPWMconverter,mechanicalpropertiesofthesystemisalsodifferent.Forbipolarreversibletypecontrolcircuit,thecu