(完整word版)转速、电流双闭环直流调速系统设计.pdf
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1、在转速闭环直流调速系统中,只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护,缺少对电 枢电流的精确控制,也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力,因而也就达不到调速系 统的快速起动和制动的效果。通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环,即按照 快速起动和制动的要求,实现对电枢电流的精确控制,实质上是在起动或制动过程的主要阶 段,实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。 一、设计要求 设一个转速、电流双闭环直流调速系统,采用双极式H 桥 PWM 方式驱动,已知电动 机参数为: 额定功率200W 额定转速 48V 额定电流4A 额定转速500r/min 电枢回路总电阻 8R 允许电
2、流过载倍数=2 电势系数 e C0.04Vmin/r 电磁时间常数 L T0.008s 机电时间常数 m T0.5s 电流反馈滤波时间常数 oi T0.2ms 转速反馈滤波时间常数 on T1ms 转速调节器和电流调节器的最大输入电压 * imnm UU 10V 两调节器的输出限幅电压为10V PWM 功率变换器的开关频率 f10kHz 放大倍数 s K4.8 电流超调量 i 5% 空载起动到额定转速时的转速超调量 25% 过渡过程时间 s t0.5 s 二、电流环、转速环设计仿真过程 双闭环直流调速系统的设计及其他多环控制系统的设计原则一样:先设计内环 (即电流 环) ,在将内环看成外环的一
3、个环节,进而设计外环(即转速环)。 1.稳态参数计算 电流反馈系数: * im 10 =1.25/ 24 nom U VA I 转速反馈系数: * nm 10 =0.02min/ 500 nom U Vr I 2.电流环设计 1)确定时间常数 s 11 0.1 10 Tms fkHz 由电流滤波时间常数0.0002 oi Ts,按电流环小时间常数环节的近似处理方法,取 i 0.00010.00020.0003 soi TTTs 2)选择电流调节器结构 电流环可按典型型系统进行设计。电流调节器选用PI 调节器,其传递函数为 1 (s) i ACRi i s GK s 3)选择调节器参数 超前时间
4、常数 : i 0.008 l Ts 由于 i 5%,故 l 0.5 i K T 故 1 l 0.50.5 1666.6667 0.0003 i Ks T 电流调节器比例系数为: i 0.0088 1666.717.78 1.254.8 i l S R KK K 4)检验近似条件 电流环的截止频率: 1 1666.6667 cil wKs i.近似条件一: 11 3333.3333 330.0001 ci s w T (满足近似条件) ii.近似条件二: 11 3347.43 0.5 0.008 ci ml w T T (满足近似条件) iii.近似条件三: 1111 2357.02 330.0
5、01 0.0002 ci soi w T T (满足近似条件) 3.转速环设计 1)确定时间常数 电流环等效时间常数:20.0006 i Ts 小时间常数近似处理:0.00060.0010.0016 on i TTs 2)选择转速调节器结构 由于转速稳态无静差要求,转速调节器中必须包含积分环节,又根据动态要求,应 按典型型系统校正转速环,因此转速调节器应选择PI 调节器,其传递函数为: 1 ( ) n ASRn n s GsK s 3)选择调节器参数 按跟随型和抗扰性能均比较好的原则,取h=5,则转速调节器的超前时间常数为: 50.00160.008 n n hTs 转速环开环增益: 2 22
6、22 151 46875 2250.0016 N n h Ks h T 于是,转速调节器比例系数为: (1)6 1.250.040.5 58.59 22 50.0280.0016 e m n n hC T K h RT 4)校验近似条件 转速环开环截止频率: 1 1 468750.008375 N cnNn K Ks i.近似条件一: 1 5 cn i T 11 666.67 550.0003 cn i T (满足近似条件) ii.近似条件二: 11 32 cn on i TT 1111 430.33 3230.0006 0.001 cn on i TT (满足近似条件) 三、MATLAB 仿
7、真 1.电流环仿真 1)频域分析 在 matlab/simulink中建立电流环动态结构图及校正成典型型系统的电流环开环 动态结构图(如图1-1、1-2、所示),建模结果如下: 2)图 1-1 经过小参数环节合并近似后的电流开环动态结构图 3)图 1-2 未经过小参数环节合并近似处理的电流开环动态结构图 命令窗口分别输入以下命令分别得到Bode 图 %MATLAB PRGRAM L584.M n1=1.25*4.8;d1=0.0003 1;s1=tf(n1,d1); n2=0.008 1;d2=0.008/17.78 0;s2=tf(n2,d2); n3=1/8;d3=0.008 1;s3=t
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