2019双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证课程设计 doc

主电路设计

H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图5所示。PWM逆变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容滤波，以获得恒定的直流电压由于电容量较大，突加电源时相当短路，势必产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管。为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间串入限流电阻或电抗），合上电源以后，延时用开关将短路，以免在运行中造成附加损耗。

滤波电容器往往在PWM装置的体积和重量中占有不小的份额，因此电容量的选择是PWM装置设计中的重要问题。但对于PWM变换器中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。为了限制泵升电压，用镇流电阻Rb消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通VT5。

图5：桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的原理图

元件的选择与参数的计算

直流电动机拖动的机械装置系统。主要动机技术数据为：UN=48V，IN=3.7A，nN=200r/min,Rd=6.5Ω，电枢回路总电阻R=8Ω,电枢回路电磁时间常数Tt=5ms,机电时间常数Tm=200ms,电源电压Us=60V，给定值和ASR、ACR的输出限幅值均

为10V,电流反馈系统β=1.33V/A，转速反馈系数α=0.05V·min/r，电动势转速比Ce=0.18V·min/r。调速范围D=2；系统飞轮矩（含电机及传动机构）GD2=100Nm2;主电源：可以选择单相交流220V供电，变压器二次电压为67V；PWM装置的放大系数Ks=4.8；PWM装置的延迟时间Ts=0.4ms。 技术指标和要求：

电动机能够实现可逆运行。要求稳态无静差。动态过渡过程时间ts≤0.1s，电流超调量бi%≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量бi%≤10%。

电流调节器参数计算

按典型Ⅰ型设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的,所以把电流调节器设计成PI型的，其传递函数为

WACR(s)?Ki?is?1?is

要求得具体参数，则需要知道Ki及?i，为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择

?i?Tl?0.005s

则可得到电流环放大系数

Ki?要求?i<5%即可取KITΣi=0.5有

KIτiR，

KsβKI?ωci?12TΣi，

则可得到

Ki?TlRTR?(l)2Ks?T?i2Ks?T?i

其中T?i?Ts?Toi，Toi=0.005s，选取时间常数Ts?0.0004s,则有T?i?0.0054；

R?8?;Ks=4.8，β=1.33

则可求得Ki?0.58 则有电流环传递函数为：

0.58(0.005s?1)WACR(s)?

0.005s此时电流超调量?i=4.3%，小于5%，符合系统要求。 转速调节器参数计算

由公式（1-22）可知转速调节器的传递函数为WASR(s)?（1-21）及（1-23）可求得

Kn(τns?1)，又由式

τns?n?h(1?Ton)KI

选取h?5，已知Ton=0.01s，则可得?n?0.104s

由公式（1-24）及（1-25）可求转速环开环增益K及转速调节器ASR的比例系数Kn，其中

K?h?1?277.372h2T2?n

Kn?(h?1)?CeTm2h?RT?n

其中Tm=0.2s；??1.33；Ce=0.18 ；α=0.05

则可求得Kn?3.45，则求得转速调节器闭环传递函数为：

3.45(0.104s?1)

0.104s在退饱和的情况下，计算转速超调有

WASR(s)??n?(在h=5时有

?Cmax?nb?C?nT)??2(max)(??z)?N?n CbCbnnTm?Cmax=81.2%；?=2；Tm=0.2s；T?n =0.0208s；Ce=0.18；空载启Cb动时有z?0； 即可求得

0.21?6.50.0208?n?2?81.2%?2?0.18??100%?0.135000.2

由此可见转速超调量小于要求的10%。

信号产生电路

脉宽调制器用于生产控制PWM变换器的功率器件通断的PWM信号。常用种类有模拟式、数字式和专用集成电路。这里选用美国德克萨斯仪器公司TL494专用集成电路作为双端输出型脉宽调制器，其载波为锯齿波信号，振荡频率f=1.1/(RTCT),其中RT和CT取值范围；RT=5～100KΩ，CT=0.001～0.1μF。

1、2脚和15、16脚分别为两个比较器输入端；3脚为相位控制端；4脚为死区控制端；5、6脚为振荡器的C、R输入端；8、9脚和11、10脚分别为两个内部驱动晶体管的集电极和发射极，通过它们的发出脉冲可以控制变换器开关管的交替导通与截止；13脚为输出状态控制端，当13脚为高电平时，两个内部驱动晶体管交替导通，用于控制变换器的两个开关管，13脚为低电平时，两个内部驱动晶体驱动晶体管同时导通或截止，此时只能控制变换器的一个开关管；14脚是控制器内部输出的+5V基准参考电压；12脚为控制器的电源输入端。