运动控制课程设计---直流脉宽调速系统设计

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1、 1 直流脉宽调速系统设计直流脉宽调速系统设计 摘要：摘要：长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运 动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。 特别随着计算机在控制领域和高开关频率、 全 控型第二代电力半导体器件的发展，以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机得 到广泛应用。目前,市场上用的最多的 IGBT 直流斩波器,它是属于全控型斩波器，它的主导 器件采用国际上先进的电力电子器件 IGBT，由门极电压控制，从根本上克服了晶闸管斩波 器及 GTR 斩波器的缺点。 本次课程设计采用集成脉宽调制器以及调节器构成转速、 电流双闭环的直流调速系统， 转速环

2、将电动机的的转速转化为电压信号与电压给定相比较， 经转速调节器作用产生电流调 节器的给定信号。 电枢电流反馈信号与转速调节器的输出信号经电流调节器作用产生控制信 号。因此需要设计电流检测、转速检测电路，以及 ACR 和 ASR 的模型。此外主电路要求设计 驱动电路、保护电路和直流斩波电路，降压斩波电路，通过控制可控器件的占空比来控制输 出电压的大小。主电路中的可控性器件通过集成脉宽调制器控制，来控制其开通和关断。最 终形成直流电动机斩波调速系统。 关键词：斩波电路 转速调节器 电流调节器 脉宽调制器 保护和检测电路 一、设计要求一、设计要求 (一)设计题目和给定条件、技术指标设计题目和给定条件

3、、技术指标 1. 设计题目：直流脉宽调速系统设计 2. 给定条件、技术指标 系统形式：不可逆（无制动功能）直流 PWM 双闭环调速系统直流电动机（他励，励磁电路 参数略）： 额定功率PN为10kW、额定转速nN为1500r/min，额定电流IN为51.82A、 额定电压UN为220V、 电枢电阻Ra为0.26、允许过载倍数=1.5 系统总飞轮矩 GD 2: 10.1Nm2 测速发电机:额定转速为1900r/min、额定电压为110V、额定电流为0.21A 电流检测：采用霍尔电流传感器 电枢回路总电阻（计及整流器的等效内阻等）:R=3Ra 脉宽调制器的调制波周期 TPWM设计值（建议）为100u

4、s 系统技术指标: 调速范围 D=20、静差率 0.05、电流超调量+5%、 空载起动到额定转速时的转速超调量+10% 最小不间断电枢电流 IMIN=5%IN (二)设计内容设计内容 2 1. 调速方案的选择与论证 要求通过方案比较后，主电路采用三相整流变压器降压、二极管三相桥式整流、电容滤 波获得斩波输入直流电源，IGBT直流降压斩波器获得可控直流电源的方案；控 制系统采用 转速、电流双闭环控制方案。 2. 主电路设计计算 主要包括：整流变压器计算 二次侧电压计算，一次侧、二次侧电流计算，容量计算） 整 流二极管选择，滤波电容选择，IGBT 选择，保护元件的选择、平波电抗器电感计算。 3. IGBT 驱动电路的选用（设计） 4. 控制器设计计算 主要包括：脉宽调制集成电路的选用，转速反馈环节和电流反馈环节的设计计算， 调速系统的稳态参数计算，运用工程设计方法进行电流调节器和转速调节器的设计等。 ( (三三) ) 系统的计算机仿真系统的计算机仿真 基于MATLAB对所设计的直流脉宽调速系统进行计算机仿真实验。 ( (四四) ) 课程设计报告的主要内容课程设计报告的主要内容 1