文档介绍：课程设计
设计题目:单极式PWM双闭环直流调速系统
的设计
1 设计任务描述
设计题目
单极式PWM双闭环直流调速系统的设计
设计任务
试设计一H型单极式PWM直流闭环调速系统,已知的基本参数如下:电动机的PN = , UN = 110V , I N = 22 . 56A, nN = 1500r/min, R a = ,电枢回路总电阻R=0. 8Ω,电枢回路电磁时间常数Tl = ,机电时间常数Tm = ,电源电压US =120V,给定转速的电压最大值和ASR, ACR的输出限幅值均为10V,电流反馈系数=,转速反馈系数=,电动势转速比Ce= ,选用D202电力晶体管作功放用开关管,已知D202的参数如下:Tce=, tr=, tf=。
设计要求

1)能计算出调节器的各种参数。
2)能熟练的掌握双闭环直流调速系统的设计思路。
3)能够正确撰写论文。
设计要求
1) 稳态指标:稳态无静差。
2) 动态指标:电流超调量。
空载起动到额定转速时的转速超调量。
动态过渡过程时间s
2 课程设计流程图
图2-1 伺服系统课程设计流程图
3 设计思路
系统总体方案的构想
我设计的题目是单极式PWM双闭环直流调速系统,此系统控制的对象是他励直流电动机,控制信号为转速控制电压给定信号,输出信号为电动机转轴的转速信号。系统的闭环控制按内环为电流环、外环为转速环的结构设计。电枢绕组的驱动为电力晶体管的PWM脉冲放大电路。转速和电流两个调节器可采用由运算放大器组成的模拟电路。
PWM调速系统由于具有动、静特性好,损耗小和电网功率因数高等优点,在中小功率伺服系统中已取代V-M系统,其使用日益广泛。由于双极式PWM变换器在工作过程中,4个电力晶体管都处于开关状态,开关损耗大,而且容易发生上、下两管直通的事故,降低了装置的可靠性。为了克服双极式变换器的这一缺点,对于静、动态性能要求低一些的系统,则可采用单极式PWM变换器,其主电路不变,不同的仅仅在于驱动脉冲信号。
首先理解什么是单极式,所谓单极式就是在控制指令的制作下,在一个开关周期之内,电动机电枢两端的调制脉冲电压是单一极性的。然后,考虑双闭环应该怎么设计,设计多环系统的一般方法是由内环向外环,一环一环的设计。对双闭环的调速系统而言,先从内环(电流环)开始,再根据电流控制要求,确定把电流环设计为哪种典型系统,按照调节对象选择调节器及其参数。设计完电流环之后,就把电流环等效成一个小惯性环节,作为转速环的一个组成部分,然后再用同样的方法完成转速环的设计。由于电动机参数已由题意确定,所以需设计的环节主要有:电流、转速反馈环节,比较环节,H型双极式PWM变换器(包括锯齿波发生器,脉宽调制器,逻辑延时器,基极驱动电路和脉宽调制变换驱动器等),及电流、转速两个调节器等。最后根据已确定的各环节选择部件及计算参数。
双闭环的组成
根据负反馈闭环控制原理,设置一个电流闭环,可以对电流进行调节。对于转速、电流双闭环系统,由转速负反馈与一个调节器组成外环,称转速环,该调节器称为转速调节器,以ASR表示。这个调节器力图使系统的转速跟踪给定转速。另外,由电流负反馈与另一个调节器组成内环,称为电流环,该调节器叫做电流调节器,以ACR表示。电流调节器既能使启动过程中得到丰满的电流波形,而且能在带负载运行时随时按给定电流进行电流调节,以使电枢电流按要求的规律变化。
典型系统介绍
典型Ⅰ型系统
典型Ⅰ型系统的开环传递函数为:
(3-1)
它是由一个积分环节和一个惯性环节串联组成的闭环反馈系统。在开环传递函数中,时间常数T往往是控制对象本身所固有的,惟一的可变参数只有开环增益K。因此,可供设计选择的参数只有K,一旦K值选定,系统的性能就被确定了。
Ⅰ型系统的稳态跟随性能
Ⅰ型系统的稳态跟随性能表现分为两个部分。一是对阶跃给定信号的稳态误差,其为零。二是对单位斜坡输入信号的稳态误差不为零,即有跟踪误差。开环增益K增大时,跟踪误差将减小。
Ⅰ型系统的动态性能
典型Ⅰ型系统的动态性能指标与系统参数的关系为:着开环放大倍数K的增加,阻尼比减小,超调量%增大,调节时间tS也较小。
Ⅰ型系统的频率特性
典型Ⅰ型系统的开环对数频率特性如图3-1所示。当时,对数幅频
性以-20dB/dec的斜率通过零分贝线,其截止频率=K,其相角裕量为
(3-2)
L/dB
O
-20
图3-1 典型Ⅰ型系统开环对