自控系统课程设计---数字式直流脉宽调速系统设计.doc

课 程 设 计 课 程 自动控制系统 题 目 数字式直流脉宽调速系统设计 班 级 08 自Y2 姓 名 学 号 目 录 一、直流脉宽调速系统的概述…………………………………………3 二、根据设计指标进行参数计算………………………………………4 2.1 设计指标 ……………………………………………………4 2.2 参数计算 ……………………………………………………4 2.2.1电流反馈系数β和转速反馈系数α…………………4 2.2.2 ACR的设计……………………………………………4 2.2.3 ASR的设计……………………………………………5 三、硬件、软件设计 …………………………………………………6 3.1系统总体设计方案 …………………………………………6 3.2 主电路 ………………………………………………………7 3.3 控制电路 ……………………………………………………8 3.3.1 键盘电路设计 ………………………………………8 3.3.2显示电路设计 ………………………………………9 3.3.3转速反馈量与单片机的接口设计 …………………9 3.4软件 …………………………………………………………10 3.4.1 主程序设计 …………………………………………10 3.4.2 键盘、显示程序设计 ………………………………10 3.5双闭环系统调速组成及原理………………………………11 四、系统仿真分析 4.1MATLAB绘制双闭环系统动态图…………………………..13 4.2MATLAB下仿真运行结果…………………………………..14 五、总结 ………………………………………………………………18 数字式直流脉宽调速系统 直流脉宽调速系统的概述 直流脉宽调速系统是由脉宽调制变换器(简称PWM变换器)对直流电动机电枢供电的自动调速系统。脉宽调制变换器是把脉冲宽度进行调制的一种直流斩波器，其基本原理已在电力电子技术中阐述。自从全控式电力电子器件问世以来，应用于实践的脉宽调速系统，以它的线路简单，谐波少，损耗小，效率高和静、动态性能好等优势，引发了直流调速领域的一场革命。将直流PWM调速推广到一般工业应用中取代晶闸管相控式整流器调速有着广阔的前景。只是由于器件的发展，同时带来交流变压变频调速的更快速发展，使得直流PWM调速还没有来得及完全占领市场，几乎是刚刚兴起，就变成了传统领域。不过，在一些仍需要使用直流电动机的场合，例如电动叉车、城市无轨电车、地铁机车等，直流PWM调速仍有用武之地。 与V-M系统相比，PWM系统在很多方面有较大的优越性： （1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2） （3）1:10000左右； （4）（5） （6）PN=20kW，nN=1500r/min，UN=220V，IN=106A，Ra=0.16Ω，R=0.6Ω，Tl=0.02s，Tm=0.24s，Unm=Uim=Ucm=10V，电枢电源采用直流脉宽调制电源供电，系统过载能力1.5，调速范围20，最高转速2000r/min，电流超调量σi≤5％f≥1kHz。 2.2 参数计算 2.2.1 电流反馈系数β和转速反馈系数α 电流反馈系数： 转速反馈系数： 2.2.2 ACR的设计 （1）确定时间常数 整流装置滞后时间常数： 电流滤波时间常数： 电流环小时间常数之和： （2）计算电流调节器参数 根据设计要求σi≤5％ 电流环开环增益：要求σi≤5％，此时，阻尼系数ξ=0.707，超调量。因此， 于是，ACR的比例系数为： （3）校验近似条件 电流环截止频率： 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 满足近似条件。 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 满足近似条件。 电流环小时间常数近似处理条件 满足近似条件 2.2.3 ASR的设计 （1）确定时间常数 电流环等效时间常数 转速滤波时间常数 转速环小时间常数： （2）计算转速调节器参数 按典型II型系统设计转速调节器，可用PI型电流调节器。 按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为 电势系数： 求得转速环开环增益： ASR的比例系数： （3）校验近似条件转速环截止频率 UPE用的是直流PWM功率变换器，具体结构图如图3-1所示。 图3-1 微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构 （1）主回路 三相交流电源经不可控整流变换为电压恒定