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双闭环直流调速设计 运动控制期中作业 运动控制期中大作业 ——转速电流双闭环直流调速系统设计 一、设计要求 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变换电路供电已知基本数据如下： （1）电动机参数：=220V,=136A,=1460r/min,=0.2Ω，允许过载 倍数=1.5； （2）电枢回路总电阻：=0.5Ω； （3）电枢回路总电感：=10mH; （4）电动机轴上的总飞轮力矩：=22.5; 1.2设计指标： 电流超调量 QUOTE ≤5%,转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量 QUOTE ≤10%。 二、参数设计 2.1 基本参数计算： ----电枢回路电磁时间常数:s ----电力拖动系统机电时间常数: s ---电动机在额定磁通下的电动势系统： 2.2 电流环设计 （1）确定时间常数 ① PWM变换装置的时间常数。 三相桥式整流装置和PWM变换装置的数学模型相同，由于我们采用三相全桥整流电路，则整流部分的延迟时间可以忽略，而PWM装置的延迟时间与开关频率成反比。当MOS管的开关频率选取为2KHz时， ② 电流滤波时间常数。 三相全桥电路每个波头的时间是3.3ms, 为了基本滤平波头，应有（1~2） =3.3ms, 因此取=2ms=0.002s。 ③ 电流环小时间常数之和。 （2）选择电流调节器结构和参数 设计要求电流超调量，且无稳态静差。因此采用典型I型系统设计电流调节器。电流控制对象是双惯性型的，所以ACR采用PI调节器。 其传递函数如下： 检查对电源电压的抗性性能：，参看课本表3-2的典I系统运动抗扰性能，各项指标都可以接受。 （3）计算电流调节器参数 电流调节器超前时间常数 ： 开环放大倍数，查表3-1，为满足的要求并有较好的静动态性能，取KT=0.5,则： 电流反馈系数： 则ACR的比例放大系数: （4）检验近似条件 电流截止频率： ① 忽略电动机反电动势的影响的近似条件 满足近似条件 ② 电流环小时间常数近似处理条件 满足近似条件 (4)调节器电阻电容计算 电流调节器原理如图所示，按所用运放取，各电阻电容值计算如下： ，取 2.3 转速环设计 (1)确定时间常数 ① 电流环等效时间按常数（在电流环中已去KT=0.5）: ② 转速滤波时间： ③ 转速环小时间常数： (2) 确定转速调节器结构及参数。 转速环设计为典Ⅱ型系统由于要求转速无静差，因此ASR应选用PI调节器，传递函数如下： 按照跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5,则 ASR超前时间常数 转速开环增益 ASR比例系数 (3)校验近似条件 转速环截止频率为 满足条件 电流闭环传递函数简化条件 满足条件 小时间常数近似处理条件 满足条件 (4)计算调节器电阻电容 2.4 核对转速超调量 由于突加给定是，ASR经历快速饱和和退保和情况，不符合线性条件，不可直接查表3-4得超调量。应按退保和超调计算： 设计设时若取h=5，查表3-5有 超调量要求为空载启动时的参数取， 额定稳态速降 满足要求 代入公式得 满足要求 三、 硬件电路 本系统采用MSP430F5438作为主控制回路，其原理图如附录一所示。主电路由三相不可控整流、H 桥双极性直流斩波、泵升电压电路与直流电动机构成。 H桥双极性直流斩波电路驱动信号的产生由MSP430F5438控制输出。转速的检测采用数字测速器。它是用 MSP430读取与电动机联轴的光电编码器输出的脉冲数, 经MSP430计算后得出转速值。泵升电压的控制经与事先设定值比较后由MSP430出控制信号实时控制启动泵升电压电路, 进行能量泄放, 保护主电路。系统利用故障保护引