转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计

转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计 本设计报告的目的是应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。该系统由转速电流双闭环可逆直流调速系统组成，采用 MATLAB 软件进行仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。应用 PROTEL 进行控制系统的印制板的设计。 一、系统设计参数 1. 直流电动机控制系统设计参数： 输出功率为 5.5kW，电枢电阻为 0.2 欧姆，电枢额定电压为 220V，电枢回路电感为 100mH，电枢额定电流为 30A，电机机电时间常数为 1S，额定励磁电流为 1A，电枢允许过载系数为 1.5，额定励磁电压为 110V，额定转速为 970rpm，功率因数为 0.85。 2. 环境条件： 控制系统性能指标：电网额定电压为 380/220V，电流超调量小于等于 5%，电网电压波动为 10%，环境温度为 -40~+40 摄氏度，环境湿度为 10~90%，静差率小于等于 0.033。 二、设计内容和数据资料 某直流电动机拖动的机械装置系统，电动机技术数据为：UN=220V，IN=30A，nN=970 r/min，电枢回路总电阻 R=2.0Ω，机电时间常数 Tm=1s，电动势转速比 Ce=0.221 V·min/r，Ks=40，TƖ=5.0 ms，Ts=0.0017ms，电流反馈系数 β=85.0 V/A，转速反馈系数 α=1.5 V·min/r。 三、主电路方案和控制系统确定 主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用 25JPF40 电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管 IGBT 构成 H 型双极式控制可逆 PWM 变换器。 系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。 该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。 四、PWM 变换器的选用 PWM 变换器有可逆和不可逆两类。可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种。由于题目要求须事先电动机可逆运行，故本设计选用带续流的绝缘栅双极晶体管 IGBT 构成 H 型双极性控制 PWM 变换器。 其中，电源电压 Us 选用不可控电力二极管 25JPF40 整流提供，并采用大电容 C 进行滤波。功率管开关管应承受 2Us 的电压，为此选用 FGA25N120AN 绝缘栅双极晶体管 IGBT 并接在功率开关管两端二级管用在 IGBT 关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流。 FGA25N 的参数：Vce=200V，Ic=15A。选用 10CTF30 型电力二极管，If=10A，Urm=300V。 采用单相交流 220V 供电，变压器输出为 220V。