电力拖动运动控制系统正文.docVIP

1 设计任务及要求 1.1设计任务 初始条件： 1.直流电机参数：PN＝3KW，UN＝220V，IN＝17A，nN＝1500r/min ，Ra＝0.2Ω，励磁：它励，励磁电压220V 2.进线交流电源：三相380V 3.性能指标：系统可逆，转速、电流调节无静差 要求完成的主要任务： 1.转速调节器及其反馈电路设计 2.电流调节器及其反馈电路设计 3.集成脉宽调制电路设计（如3524） 4.驱动电路设计（如IR2110） 5.PWM主电路设计 1.2 设计要求 课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。满足如下要求： 1.对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证，说明系统工作原理。 2.画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程。 3.画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。 4.可逆运行，转速和电流稳态无差转速超调量小于10％、电流超调量不超过5％。 2 任务分析 2.1 概述 转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、应用最广的直流调速系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。本设计是以直流PWM控制调速系统进行调速，采用转速调节器ASR、以及电流调节器ACR并用PI调节器进行校正，对反馈信号进行采集，处理起到无静差效果。用25LJPF40电力二极管进行整流，以及滤波，通过驱动电路的作用将控制电路输出的PWM信号得到IGBT可靠的导通和关断，并用霍尔传感器对电流取样进而反馈至电流调节器，系统同时设有过流保护，为此达到双闭环可逆调速。 2.2 方案设计 该方案主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR。电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。因转速换包围电流环，故称电流环为内环，转速环为外环。在电路中，ASR和ACR串联，即把ASR的输出当做ACR的输入，再由ACR得输出去控制晶闸管整流器的触发器。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有输入输出限幅功能的PI调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。该方案的原理框图如下图所示。 图1 原理框图 2.3 系统设计 系统设计主要包括两个方面的设计：电流调节器的设计、速度调节器的设计。这两个部分构成了调速系统，完成了所需设计的任务要求。 为实现转速和电流两种负反馈分别作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套连接，如图所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图如上图所示。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压决定后了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。 2.4 调速系统原理分析 从静特性方面分析：双闭环调速系统的静特性在负载小于Idm表现为转速无静差，这时转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到Idm时，对应于转速调节器的饱和输出，这时电流调节器起主要作用，系统表现为电流无静差。 从动态性能方面分析：启动阶段充分利用电动机的过载能力，保证了启动的快速性。进入正常运行后，两个调节器相互配合，使系统具有很好的抗负载扰动和抗电网电压扰动。 综上所述，电流调节器和转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用可以分别归纳如下： 电流调节器作用： (1) 作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。 (2)对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 (3)在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。 (4)当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。 转速调节器作用： (1) 转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随