课程设计--直流脉宽调速系统设计

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1、 1 设计题目设计题目：直流脉宽调速系统设计 2 设计内容和数据资料：设计内容和数据资料： 某 直 流 电 动 机 拖 动 的 机 械 装 置 系 统 。 主 电 动 机 技 术 数 据 为 ： ,5.6,min200,7.3,48ARrnAIVU aNNN 电枢回路总电阻 8R,电枢回 路时间常数msTl5，机电时间常数msTm200，电源电压VU s 60，给定值和 ASR、ACR 的输出限幅值均为 10V，电流反馈系数,33.1AV转速反馈系数 ,min05.0rV 电动势转速比,min18.0rVC e 试对该系统进行初步设计。 技术指标和要求： 电动机可实现可逆运行。 要求稳态无静差

2、。 动态过渡时间,1.0sTs电流超调 量%,5% i 空载起动到额定转速时的转速超调量%10% n 。 3 设计方法及步骤设计方法及步骤 3.1 系统设计的一般原则系统设计的一般原则： 按照“先内环后外环” 的设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。在这里， 首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再 设计转速调节器. 下图分别为双闭环直流调速系统的稳态结构图和双闭环调速系统的静态结构 图. 图1 双闭环直流调速系统的稳态结构图 Ks 1/Ce U*n Uc Id E n Ud0 Un + + - ASR + U*i - R ACR - Ui UPE 1 3.2 电流

3、环设计电流环设计 电流环动态结构图及简化： ACR )( * sUi )( * sUC 1 1 sTon )(sUi 1sToi )(sId 1 /1 sT R l 1sT K s s)( 0 sUd - 图 3 电流环的动态结构图 1）确定时间常数 脉宽调制器和 PWM 变换器的滞后时间常数 开关周期msTs4.0。 电流滤波时间常数 oi T取ms5.0 脉宽调制器和 PWM 变换器的放大系数为8.4 nm N s U U K 可得电流环的小时间常数为 图 2 双闭环调速系统的静态结构图 U*n Uc -IdL n Ud0 Un + - - + - Ui WASR(sWACR(s) Ks

4、Tss+1 1/R Tl s+1 R Tms U*i Id 1/Ce + E 2 i T s T+ oi T= 0.0004 s+0.0005 s = 0.0009 s 2）选择电流调节器结构 根据设计要求，%5% i ，而且 l i T T = 0009.0 005.0 = 5.55 ci 故该近似条件满足。 忽略反电动势影响的近似条件为 ci lmT T 1 3 3 有 lmT T 1 3= 005.02.0 1 3 1 s =94.86 1 s ci 故该近似条件满足。 根据上述参数可以达到的动态指标为 i %=4.3%5% 故能满足设计要求。 3.2 转速环设计转速环设计 转速环动态结

5、构图及简化： ASR )( * sUn)( * sUn 1 1 sTon )(sUn 1sTon )(sn)(sId sTC R me 1 1 /1 s KI )(sIdL - 图4 转速环的动态结构图 确定时间常数确定时间常数 电流环的等级时间常数为 2 i T=0.0018s。取转速滤波时间常数sTon005.0，转 速环的时间常数为 2 nion TTT =0.0018s+0.005s=0.0068s 选择转速调节器结构选择转速调节器结构 设计要求中虽然允许系统有静差，转速调节器的稳态放大系数很大，因此转 速调节器如采用比例调节器，将很难满足稳定性要求。为此，转速调节器采用近 似 PI

6、调节器，按典型 II 型系统进行设计。可证明，当近似 PI 调节器的稳态放大 系数很大时，其传递函数可表示为 4 1 () n ASRn n s WSK s 1）选择转速调节器参数 按跟随性能和抗扰性能较好的原则选择 h=5，求出转速超调量 n %和过渡 过程时间 s t 。如果能够满足设计要求，则可根据所选的 h值计算有关参数；否 则要改变 h值重新进行计算，直到满足设计要求为止。 当 h=5 时，有 ASR 的时间常数为 则sshT n n 034.00068.05 转换环开环增益 22 22 2 2595 0068.0252 6 2 1 ss Th h K n N 则 56.10 0068.0805.010 2.018.033.16 2 1 n me n RTh TCh K