运动控制系统期中作业电气与控制工程学院自动化1102王颖琪1106050219稳态参数计算：额定转速下的给定电压值：U n *=n 0α=αn nom =0.007*1460=10.22v U U i i =*=βI d =0.05*136=6.8v 电流调节器的限幅值：U c=KI U c sdl eRn +÷*α=8.69v根据稳态参数可取V U nm 10= V U im 10= 所以： α≈nUnmmax=0.007 β=IdmUim=0.05v/A 132.00=-=nR I UC d d e假设Ks=30动态参数计算：电流环的设计（1）确定时间常数a.整流装置滞后时间常数T s .假设HZ f 7000=，所以T s s 00014.0=b.电流滤波时间常数T oi . 单相桥式电路每个波头的时间是10ms ，三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms ，为了基本滤平波头，可取T oi =2ms=0.002s.c.电流环小时间常数之和Ti∑.按小时间常数近似处理，取Ti∑.=T S +T oi =0.00214s(2)选择电流调节器结构根据设计要求δi ≤5%，可按典型I 型系统设计电流调节器。

电流环的控制对象是双惯性型的，因此可用PI 型电流调节器，其传递函数为： W(s)=ss Ki ii ττ)1(+(3)计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：τi =T l 02.0==RL电流环开环增益：要求δi ≤5%，所以取K I *T i ∑=0.5,因此：K I =Ti∑5.0≈233.6s-1于是，ACR 的比例系数为：βτK K K si Ii R ==1.5576 （4）校验近似条件电流环截止频率：ωci =K I =233.6s-1a.校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件：Ts 31=00014.031*≈2380.95s-1>ωci 满足近似条件b.校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件： TT lm13*≈48.84s-1<ωci 满足近似条件c.校验电流环小时间常数近似处理条件：TT oiS131*s 194.629-≈>ωci 满足近似条件（5)计算调节器的电阻电容，按所用运算放大器取K R 400=,各电容和电阻值计算如下：uF uF F K RT CRC RK R oioi iii ii2.040000008.0432.032.06200002.0304.62405576.10610====⨯===Ω=⨯=*=-τ所以:uFuF K CCR oiii 2.032.062==Ω= 故得SS W ACR 02.0)102.0(5576.1+=按照上述参数003.4=δi，满足设计要求 。

转速调节器设计 （1）确定时间常数 a.电流环等效时间常数KI1.已知5.0=∑T K i I ，则KI1=00428.02=∑T i S.b.转速滤波时间常数T on 。

根据所用测速发电机纹理情况， S T on 01.0=转速环小时间常数T n ∑。

按小时间常数近似处理，取sT KT on In 01428.01=+=∑（2）选择转速调节器结构按照设计要求，选择PI 调节器，其传递函数=)(s W ASR ss Kn nn ττ)1(+（3)计算转速调节器参数按跟随性和抗扰性都较好的原则，取h=5，则ASR 的超前时间常数为：s h T n n0714.001428.05=⨯==∑τ转速环开环增益：s T h K n h N 22247.58821-≈∑+=ASR 比例系数为：97.142)1(≈+=∑T T C Knme nR h h αβ（4）检验近似条件转速环截止频率s K n N cn 101.42-≈=τωa.电流环传递函数简化条件s TK iI113.11000214.06.2333131-∑≈=>ωcn满足简化条件b.转速环小时间常数近似处理条件s TK onI194.5001.06.2333131-≈=>ωcn满足近似条件（5）计算调节器电阻和电容 取R 0=40K,则uF uFK RT CR C RK R on onnnn nn14000004.0412.0599*******.08.5984097.140===≈==Ω=⨯==τ所以：uFuF K CCR onnn 112.0599==Ω= (6)校验转速超调量00max5.6))((2≈-∆=∑*∆TTn n CC mn Nbi z λσ<0010所以设计满足要求。

ss s W ASR 0714.0)10714.0(97.14)(+=晶闸管的选型：选择晶闸管主要是选择它的额定电压U TM 和额定电流I T 。

对于本设计采用的是三向桥式PWM 逆变电路，晶闸管按1至6顺序导通，在阻感负载中晶闸管承受因素，还要放宽2—3倍的安全系数，则晶闸管额定电压U TM 的计算结果为：MATLAB 仿真（1）电流环的仿真设计 仿真模型：仿真结果：（2）转速环仿真设计转速环空载仿真模型：仿真结果：转速环满载仿真模型：仿真结果：转速双闭环直流调速系统的硬件电路设计（1）桥式可逆PWM变换电路本次设计采用桥式可逆PWM变换电路供电，电动机两端电压的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改变。

桥式可逆PWM变换电路如下图：（2）含给定滤波和反馈滤波的PI型电流调节器如下图所示（参数标注在图上)（3）含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器如下图所示（参数标注在图上）（4）给定及偏移电源此电路用于产生15V电压作为转速给定电压以及基准电压。

（5）信号产生电路电路中的PWM信号由集成芯片SG3524产生，SG3524可为脉宽调制式推挽、桥式、单端及串联型SMPS(固定频率开关电源)提供全部控制电路系统的控制单元。

由它构成的PWM型开关电源的工作频率可达1000KHZ,适宜构成100-500W中功率推挽输出式开关电源。

SG3524采用是定频PWM电路,DIP-16型封装。

由SG3524构成的基本电路如图所示，由15脚输入+15V电压，用于产生+5V基准电压。

9脚是误差放大器的输出端，在1、9引脚之间接入外部阻容元件构成PI调节器，可提高稳态精度。

12、13引脚通过电阻与+15V电压源相连，供内部晶体管工作，由电流调节器输出的控制电压作为2引脚输入，通过其电压大小调节11 、14引脚的输出脉冲宽度，实现脉宽调制变换器的功能实现。

SG3524的基准源属于常规的串联式线性直流稳压电源,它向集成块内部的斜波发生器、PWM比较器、T型触发器等以及通过16脚向外均提供+5V的工作电压和基准电压,振荡器先产生0.6V-3.5V的连续不对称锯齿波电压,再变换成矩形波电压,送至触发器、或非门,并由3脚输出。

振荡器频率由SG3524的6脚、7脚外接电容器CT和外接电阻器RT决定,其值为:f=1.15/RTCT。

考虑到对CT的充电电流为(1.2-3.6/RT一般为30μA-2mA),因此RT的取值范围为1.8kΩ~100kΩ,CT为0.001μF~0.1μF,其最高振荡频率为300kHz。

开关电源输出电压经取样后接至误差放大器的反相输入端,与同相端的基准电压进行比较后,产生误差电压,送至PWM比较器的一个输入端,另一个则接锯齿波电压,由此可控制PWM比较器输出的脉宽调制信号.SG3524管脚构成的电路图：（6）转速检测电路转速检测电路与电动机同轴安装一台测速发电机，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Un，与给定电压Un*相比较后，得到转速偏差电压Un输送给转速调节器。

测速发电机的输出电压不仅表示转速的大小，还包含转速的方向，测速电路如上图所示，通过调节电位器即可改变转速反馈系数（7）总电路设计图：双闭环直流调速系统的工作原理为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器转速和电流，两者之间实行串联连接。

把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去驱动PWM供电电路的触发装置。

从闭环结构上看，电流调节器在闭环里，叫内环。

转速调节器在外面，叫外环。

这样就构成了转速，电流双闭环直流调速系统。

如总电路图所示的直流调速系统的原理给定及偏移电源产生15V电压作为转速给定电压，从而使转速调节器产生输出。

把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去驱动由SG3524控制的桥式可逆PWM变换电路对电动机进行供电。

然后通过电流环和转速环的反馈调节和PI调节达到电机调速的目的。

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