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运动控制课程设计报告正文讲诉 运动控制课程设计报告正文讲诉 PAGE PAGE / NUMPAGESPAGE22 运动控制课程设计报告正文讲诉 PAGE 一、设计背景 在现在的社会生活中，电子科学技术的运用愈来愈深入到了各行各业之中， 并获取了长足的发展和进步，自动化控制系统更是的到了宽泛的应用， 此中一项 重要的应用就是——自动调速系统。相较于沟通电动机，直流电动机构造复杂、 价钱昂贵、制造困难且不简单保护，但因为直流电动机拥有优秀的调速性能、 较 大的启动转矩和过载能力强，适合在宽泛的范围内光滑调速， 所以直流调速系统 到现在还是自调速系统中的重要形式。 陪伴着电力电子技术的不停发展，开关速度更快、控制更简单的全控性功率器件MOSFET和IGBT成为主流，PWM表现出了越大的优胜性：主电路线路简单，需用的功率器件少；开关频次高，电流简单连续，谐波少，电机消耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动向响应快，动向抗扰能力强；功率开关器件工作在开关状态，导通消耗小，当开关频次适合时，开关消耗也不大，因此装置效率较高；直流电源采纳不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 本设计采纳PWM技术来对直流电机进行调速，与一般直流调速对比，既减少了对电源的污染，并且使控制过程更简单方便，减少了对人力资源的使用，又因为线路的简单化、功率器件需用的减少，使系统的保护、维修变得更为简单了， 但动、静态性能却提升了。 1 二、系统设计剖析 、双闭环调速系统原理 为了实现转速和电流两种负反应分别起作用，能够在系统中设置两个调理 器，分别调理转速和电流，即分别引入转速负反应和电流负反应。两者之间推行嵌套连结，如图2所示。把转速调理的输出当成电流调理器的输入，再用电流调理器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环构造上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外面，称作外环。这就形成了转速双闭环调速系统。 调理器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环构造上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外面，称作外环。这就形成了转速双闭环调速系统。 为了获取优秀的静、动向性能，转速和电流两个调理器一般采纳PI调理器，这样构成的双闭环直流调速系统的原理图如图3所示。图中标出了两个调理器输 入输出电压的实质极性，他们是依据电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的状况标出的并考虑到运算放大器的倒向作用。 双闭环直流调速系统的静特征在负载电流小于 Idm时，对应转速调理器的饱 和输出U*im，这时，电流调理器起主要作用，系统表现为电流无静差，获取过电 流的自动保护。就是采纳了两个 PI调理器分别形成内、外两个闭环的成效。这 样的静特征明显比带电流截止负反应的单闭环系统静态特征好。 但是，实质上运 2 算放大器的开环放大系数其实不是无量大，特别是为了防止零点漂移而采纳“准 PI调理器”时，静特征的两段实质上都略有很小的静差。 Ui TA R C + R C R L U R i i RP n n 0 AC GT V + *n 0 R LM Id AS 1 R R LMR - + U U M - +U 0 + Uc M - U 0 + d - *i n n + RP T 2 G - 双闭环直流调速系统电路原理图 2、调速系统起动过程的电流和转速波形 以下图，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增加的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能获取的最快的起动过程。 Id n Idn Idm Idm Idcr n n IdL IdL O t O t (a) (b) 带电流截止负反应的单闭环调速系统起动过程 理想快速起动过程 调速系统起动过程的电流和转速波形 3、H桥双极式逆变电路原理 脉宽调制器的作用是用脉冲宽度调制的方法， 把恒定的直流电源电压调制成 频次必定宽度可变的脉冲电压序列，进而均匀输出电压的大小，以调理电机转速。 H形双极式逆变器电路以以下图所示。这时电动机 M两头电压UAB的极性随开 3 关器件驱动电压的极性变化而变化。 H桥式可逆PWM变换器 双极式控制方式 （1）正向运转： 第1阶段，在0≤t ≤ton 时期，Ug1、Ug4为正，VT1、VT4导通， Ug2、Ug3为负，VT2、VT3截止，电流id 沿回路1流通，电动机M两头电 压UAB=+Us； 第2阶段，在ton ≤t ≤T时期，Ug1、Ug4为负，VT1、VT4截止， VD2、VD3续流， 并钳位使VT2、VT3保持截止，电流 id 沿回路2流通， 电动机M两头电压UAB=–Us； （2）反向运转： 第1阶段，在0 ≤t ≤ton 时期，Ug2、Ug3为负，VT2、VT3截止， VD1、VD4续流，并钳位使 VT1、VT4截止，电流 –id 沿回路4流通，