运动控制课程设计--双闭环调速系统

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1、 目目 录录 摘要摘要 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 1 1 设计分析设计分析 1 1.1 双闭环调速系统的结构图 . 1 1.2 直流双闭环系统的原理 . 1 1.3 双闭环调速系统优点 . 2 1.5 PWM 变换器介绍 . 3 2 2 电路设计电路设计 3 2.1 PWM（双极式）主电路设计 3 2.2 双闭环调节器电路设计 . 4 2.2.1 电流调节器 . 4 2.2.2 转速调节器 . 5 2.3 信号产生电路 . 6 2.4 IGBT 基极驱动电路原理 8 2.5 基于 EXB841 驱动电路设计 9 2.6 锯齿波信号发生电路 10 3 3 系统参数计算系统参数计

2、算 . 10 3.1 电流调节器的设计 10 3.2 转速调节器的设计 13 心得及总结心得及总结 . 17 致谢致谢 . 18 参考文献参考文献 . 19 附录附录 . 20 摘 要 伺服系统对数控技术、自动化、电气工程及其自动化、机电一体 化等专业是一门很重要的专业技术课。伺服系统的作用是联系数控装 置与被控设备的中间环节，起着传递指令信息和反馈设备运行状态信 息的桥梁作用。 在当代工业上 PWM 控制调速系统已经被广泛地应用，其优点还是 日益突现，而带有双闭环的调速系统更是受到广泛欢迎。在本次设计 中，为了使调速达到高精度、高准度的要求，我使用了电流调节器和 转速调节器，以此来组成双闭环

3、，电流环为内环，转速环为外环。这 样的设计能够达到任务要求的静态指标和动态指标。特别是把此两环 校正为典型型和典型型后的性能指标更是达到了要求。本次设计 中的电流调节器和电压调节器都是使用 PI 调节器，PI 调节器是由运 放和各种电子元器件组成的，由于本次设计时间有限所以就没有把相 应的参数给调出来了。 关键词关键词：PWM；直流调速；双闭环；双极式 1 1 设计分析 1.1 双闭环调速系统的结构图 直流双闭环调速系统的结构图如图 1 所示，转速调节器与电流调 节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流 调节器的输出去控制 PWM 装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉 冲

4、宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可 变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机 转速，达到设计要求。 图 1 双闭环调速系统的结构图 1.2 直流双闭环系统的原理 ASR （速度调节器） 根据速度指令 Un*和速度反馈 Un的偏差进行 调节，其输出是电流指令的给定信号 Ui*（对于直流电动机来说，控制 电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。 2 ACR(电流调节器)根据 Ui *和电流反馈 U i的偏差进行调节，其输 出是 UPE（功率变换器件的）的控制信号 Uc。进而调节 UPE的输出， 即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变后，电枢

5、电流 跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由 Te-TL=Jdn/dt，只要 Te 与 TL 不相等转速会相应的变化。整个过程到电枢电流产生的转矩 与负载转矩达到平衡，转速不变后，达到稳定。 1.3 双闭环调速系统优点 一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直 流电动机的过载能力， 使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动， 达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡， 进入稳定运行状态 1。这种理想的起动过程如图 2 所示。为实现在约 束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。 根据反馈控制规律，要控制某个量，只要引入这个量的负反馈。因此

6、 采用电流负反馈控制过程，起动过程中，电动机转速快速上升，而要 保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平 衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。采用转速、电流双闭 环控制系统。 参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可 以得到双闭环系统的动态结构图如图 4 所示。 1.4 转速、电流双闭环控制系统 双闭环调速系统的起动过程有三个特点： 1 饱和非线性。在不同情况下表现为不同结构的线性系统。 2 准时间最优控制。阶段属于电流受限制条件下的最短时间控 3 制。采用饱和非线性控制方法实现准时间最优控制是一种很有使用价 值的控制策略，在各种多环系统中普遍地得到应用。 3 转速必超调。按照 PI 调节器的特性，只有转速超调，ASR 的输 入偏差电压 n U 为负值，才能使 ASR 退饱和。这就是说，采用 PI 调 节器的双闭环调速系统的转速必超调。 1.5 PWM 变换器介绍 脉宽调速系统的主要电路采用脉宽调制式变换器，简称 PWM 变换器。 PWM 变换器有不可逆和可逆两类，可逆变换器又有双极式、单极式和 受限单极式等多种电路。 2 电