双闭环直流调速控制系统设计.docx

摘要通过对双闭环直流调速控制系统的分析，本设计决定采用品闸管电动机调速系统进行电机控制。首先需要根据设计要求确定出调速方案和主电路的结构胆式，实际设计中常采用双闭环控制系统，电流环作为控制系统的内环并选用典型I型系统，转速环作为控制系统的外环并选用典型H型系统，从而使电动机满足所要求的静态和动态性能指标.然后按照确定时间常数、选择调节器结构、计算调节器参数、校验近似条件的步骤逐步实现对直流调节器的具体设计。最后，用Mat1.ab软件时完整的设计系统进行模拟仿真,得到仿真波形。关键词：双闭环：直流调速器；控制系统；品闸管第1章绪论三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。苜先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高弟成化、小型化、高可钻性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高,应用范围不断扩大。直流周速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高粘度的电气传动领域中仍然难以杵代。如今，直流电机周速系统在现代化工业生产中已经得到广泛应用。针对直流电机周速的方法也很多，目前国内外也研究了一些调速的控制器。例如已经用于实际生产的直流电机无极电子调速控制器采用国际先进的IGBT大功率模块器件和独特自行设计的PWM微电子控制技术,以及节能反馈电路和丰富的保护功能控制电路。适用于无轨机车、矿山井下窄轨机车、磨床、木工机械、服装制作、纺织、造纸印刷等场所。控制器具有调速平稳，安全可聿，提高生产效率：直流电机正反转控制简便：可以与计算机连接控制等特点。直流电动机有三种调速方法，分别是改变电枢供电电压、励磁磁通和电枢回路电阻来调速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢电压方式为最好，调压调速是调速系统的主要调速方式。1.1 研究背景及意义直流电机的调速控制的装置已经发生了很大的变化，第一，在完成了整流器更换，采用品间管蒸锚的设备代替了之前一直用的直流式发电机的电动机组以及水银式的设备使得整个直流传动的设备发生了天翻地费的变化。第二，在由于科学技术的创新，现在已经基本实现高度集成化，小型化以及可靠性极高的设备。以上的技术创新，使得现在直流式调速控制系统的性能指标已经发生了很大变化，应川的空间和范围在不断的变大。直流式调速控制设备经过不断发展变化，已经逐步走向了成熟化的过程，在可以改变脉冲宽度调速的过程中已经变成了现在难以取代的位置.现在，直流式电动调速设备已经在现代的工厂中广泛的使用，在直流式设备中的调试方法也很多，现在我们经常也在研究一些调速的设备，比如已经用于实际生产的直流式电机设备，采用先进的设备和技术，进行控制电路和保护设备“主要应用在机车、服装设计等场所。该控制设备的调试时平稳并且安全可靠，这就是我们常用的直流式电机设备，可以将电机设备有效控制。这时于需要将无极稳定调试控制在一定范围内，将电枢电压控制到最好，调试时达到最理想的状态。1.2 研究现状(D国内现状及发展趋势从七卜年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。双闭环直流调速系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等.给定佶号为OIoY直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。采用双PI调节器，可获得R好的动静态效果“晶闸管一直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟.以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍仃广阔的市场,并旦建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流控制的基础。在我们国内,双闭环控制也已经经过了儿十年的发展时期，目前已经基本发展成熟，但是目前的趋势仍是追赶着发达国家的脚步，向着数字化发展。(2)国外现状及发展趋势从80年代中后期起，世界各大电气公司都在竞相开发数字式调速传动装置直流调速已经发展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅：控制板采用表面安装技术；控制方式采用电源换相、相位控制。特别采用J'微机及共他先进技术，使数字式直流调速装置具有很高的精度、良好的控制性能和强大的抗干扰能力，在国内外受到广泛的应用。目前，发达国家应用的先进电气调速系统几乎完全实现了数字化，双闭环控制系统已经普遍的应用到了各类仪器仪表，机械重工业以及轻工业的生产过程中。随着全球科技日新月异的发展，双闭环控制系统的总的发展趋势也向着控制的数字化、智能化和网络化发展。13研究内容本文通过对研尢背景及意义，以及现状进行分析，第二章对其应用的主要技术进行研究，主要技术仃电力电子技术以及脉宽调制技术。在第三章中对直流调速系统的主电路进行设计，第四章中对双间环直流调速系统的控制理论进行分析。最后对其仿真系统及通知其环节进行设计工作。第2章课题中应用的主要技术1. 1电力电子技术电力电子技术是现代交流调速装置的支柱，共发展直接决定和影响交流调速技术的发展。迄今为止，电力电子器件的发展经历了分立换流关断器件（第一代）一自关断器件（第二代）一功率集成电路PIC（第三代）一智能模块IPM（第四代）四个阶段。20世纪80年代中期以前，变频装置功率回路主要采用晶间管元件。装置的效率、可靠性、成本、体积均无法与同容量的直流调速装置相比。20世纪80年代中期以后用笫二代电力电子器件GTR、GTO、VDMOS-IGBT等创造的变频装置在性能与价格比上可以与直流调速装置相媲美。班着向大电流、高电压、高频化、集成化、模块化方向继续发展，第三代电力电子器件是20世纪90年代制造变频器的主流产品，中、小功率的变频调速装设（1-10OkW）主要是采用【GBT.中、大功率的变频周速装置（100O-100Ookw）采用GTO器件。20世纪90年代至今，电力电子器件的发展进入了第四代。主要实用的第四代器件为：（1）高压IGBT器件，（2）IGCT,由于GTR、GTO器件本身存在的不可克服的缺陷，功率器件进入笫三代以来，GTR器件已被淘汰不再使用。进入第四代后，GTO器件也将被逐步淘汰。第四代电力电子潺件模块化更为成熟。如智能化模块IPM,专用功率器件模块ASPM等。模块化功率器件将是21世纪主宰落件。需要指出的是，以上所述的全控型开关功率器件主要应用于异步电动机变顼调速系统中。但是目前同步电动机变频调速系统中仍采川晶闸管，我原因也是众所周知的。一代电力电子器件带来一代变领调速装置，性价比一代高过一代。在人类社会进入信息化时代后，电力电子技术连同电力传动控制与计算机技术一起仍是21世纪最重要的两大技术。电压或电流中的谐波分量，从而降低或消除了变频调速时电机的转矩脉动，提高了电机的工作效率，扩大了调速系统的调速范用。2. 2脉宽调制技术脉宽调制（PWM）技术种类很多，并且正在不断发展之中。基本上可分为四类.即等宽PWM法、正弦PWM法（SPWM）、磁链追踪型PWM法及电流眼踪型PWM法。PWV技术的应用克服了相控原理的所有弊端，使交流电动机定子得到了接近正弦波形的电压和电流，提高了电机的功率因数和输出功率，现代PWM生成电路大多采用具有高度输出口HSO的单片机（如80196）及数字信号处理器DSPfDigitaISigna1.PrOCeSSOr）,通过软件编程生成PWM。近年来，新型全数字化专用PWM生成芯片HEF4752、S1.E4520、MA818等达到实用化，并已实际应用。直流调速器是一种电机调速装芭.包括电机直流调速器、脉宽直流调速器、可控硅直流调速器等，一般为模块式直流电机调速器，集电源、控制、动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。具有体积小、揖量轻等特点，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。现有调速产品调查：6RA70调速系统西门子S1.MoREGK6RA23/24系列全数字直流调速产品，自在中国市场推出以来，得到了广大用户的认同.最新推出的S1.MoREGDCMaster6RA70系列全数字直流调速产品，在6RA24产品的基础上更具有以下特点：1）单台装置输出额定电枢电流：15A-3OOOA.额定励磁电流：3A-85A。装置并联后输出额定电枢电流可达120O0A2）输入电压分为6个等级：400V460V575V/690V/830V/950V。3）强大的通讯能力。有Simo1.ink高速直接的装置-装置通讯,还可支持PRoFIBUS、CAN-BUS,USS协议等。4）所有工艺板、通讯板都可与新一代的SIMoVERTMASTERDRIVES矢量控制交流调速产品通用。6RA70的应用：6RA70SIMOREGDCMASTER系列整流器为全数字紧凑型整流器，输入为三相电源，可向变速直流驱动用的电枢和励疏供电，额定电枢电流从15A至3000A。紧凑至整流器可以并联使用，提供高至120OOA的电流，励磁电路可以提供最大85A的电流.6RA70工作方式：所有的开环和闭环驱动控制及通讯功能由两台功能强大的微处理器实现，驱动控制功能可以通过参数，将软件所提供的程序块“连接”来实现。铭牌上规定的额定直流电流（连续直流电流），在倒我等级1.可以过我到180%,过载允许的持续时间由各个整流器而定。微处理器周期地计算功率部份电流的n值，以确保品间管在过我运行时不被损坏。整流器可自动适应电源频率范围为45Hz-65Hz（电枢和励磁互不相关）。工作在扩大的频率范围23HZ-UoHZ需询问。第3章直流调速系统的主电路设计3. 1晶闸管-电动机直流调速系统主电路设计是电力电子装段中，起到能量变换和传递作用的部分.主电路的明显特征：高电压、大电流。3.1.1主电路拓扑结构图三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源，再经过直流PwM变换器得到可调的直流电压，给直流电动机供电。检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，转速枪测用数字测速。微机控制具备故障检测功能，对电压、电流、温度等信号进行实时监测和报警。一般选用专为电机控制设计的单片微机，配以显示、键盘等外围电路，通过通信接口与上位机或其他外设交换数据.VFVR119”尹图3.1两组品闸管可控整流装芭反并联可逆线路3.1.2电力电子器件选型步骤步骤如下：1）根据主电路的结构，计算电力电子器件承受的最高电压、最大电流的仃效值。2）按照工程化方法计算电力电子器件的额定电压和额定电流。3）根据应用的具体场合，是否需要选择特殊类型的电力电子器件，如：快恢复等。4）确定电力电子器件的封装形式：螺栓型、模块式等。5）选择生产厂商，确定具体型号。二极管、晶闸管额定电流和电压的计算，二极管、晶闸管的额定电流按照通态平均电流定义。.（.52）t,av,"-1.57-v,Iy:流过器件的最大电流有效值。UN=（2-3）UM二极管只能承受反向电压，晶闸管既可承受正向电压也可承受反向电压。UM:器件承受的最高电压瞬时值°3.1.3选择功率器件的标准D耐压等级。因为大多数IGBT模块工作在交流电网通过单相或三相整流后的直流母线电压下，所以通常IGBT模块的工作电压（600V、1200V、1700V）均对应于常用电网的电压等级。考虑到过载，电网波动，开关过程引起的电压尖峰等因素，通常电力电子设备选择IGBT器件耐压都是直流母线电压的一倍。2）电流等级。在电力电子设备中，选择IGBT时，通常是先计算通过IGBT模块的电流值，然后根据电力电子设备的特点，考虑到过我、电网波动、开关尖峰等因素考虑一倍的安全余量来选择相应的IGBT模块。3）开关频率。4）其它因素：供货周期，价格等。电解电容的串并联：由于每个电容部有等效的内阻，而且该等效内阻的阻值差异较大，若电容直接串联则必然会带来电容两端的分压不平均导致内阻较大的电容两端所分担的电压过高，甚至高于其耐压值而损坏.为了避免该现象，每个串联的电容两端并接一个较大阻值的电阻以减小内阻差异带来的分压不均。该电阻称为均压电阻。同型号电容并联耐压值保持不便，但其电容值随并联的电容的个数倍增：同哒号电容串联，耐压值随所串接的电容的个数倍增，但其电容值随之成倍递减。电解电容是有极性的，电容并联时要注意保持极性一致，串联时要注意串接电容的极性正负相连。3.2电力电子器件的应用电路3.2.1 驱动电路的用途D使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗。2）对装置的运行效率、可热性和安全性都有重要的意义。3）一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。3.2. 2驱动电路的任务D按控制目标的要求施加开通或关断的信号。2）对半控型器件只需提供开通控制信号。3）对全控型器件既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。3.2 .3触发电路的要求定义：为门极提供触发电压和电流的电路称为触发电路。分类：分为移相触发和过零触发两类。一般常用的整流或逆变电路中，广泛使用的触发电路通常都是移相触发电路.对触发电路的要求：触发信号应有足够的功率：触发脉冲应有一定的宽度：触发脉冲必须与阳极同步，同时必须有足够的移相范围。3.3 .4晶闸管触发电路1）正弦波同步触发电路，由同步移相、脉冲形成、脉冲输出等三大部分形成。2）锯齿波同步触发电路，由脉冲形成、同步移相、输出等环节组成。3）集成电路触发器，随着电力电子技术的不断发展，集成触发器已经取代分立元件构成的触发器，具有体枳小、工作可靠、电路简单、使用方便等特点，已被各种变流装置广泛应用。目前，常用集成触发线路有KC系列共十余品种。图3.2三相全控桥整流电路的集成触发电路AZD模数变换耨控制电压U.模拟量转换成与U成正比的脉冲频率数字量。用CP表示，分别送到：个分须器。分频器用七位二进制集成电路计数器组成,仃清零环节，分频器输出到脉冲形成器,有封锁环节。3. 3信号检测装置图3.3信号检;则及处理电路3.1.1 模拟输入通道的组成部分典型的模拟量输入通道由以下几部分组成。1）传感器。传感器是用于将工业生产现场的某些非电物理量转换为电量（EH流、电压）的器件。例如，热电偶能够将温度这个物理量转换成几芯伏或几I亮伏的电压信号，所以可用它作为温度传感瑞；而压力传感器可以把物理量压力的变化转换为电信号，等等。2）变送器。一般来讲，传感器输出的电信号都比较微弱，有些传感器的输出甚至是电阻值、电容值等非电量。为了易于与信号处理环节衔接，就需要将这些微弱电信号及电阻值等非电量转换成一种统一的电信号，变送器就是实现这一功能的器件，它将传感器的输出信号转换成。IomA或420mA的统一电流信号或者05V的电压信号。3）信号处理环节。信号处理环节主要包括信号的放大及干扰信号的去除。它将变送器输出的信号进行放大或处理成与AdXAnaIogtoDigitaI）转换器所要求的输入相适应的电平。另外，传感瑞通常都安装在现场，环境比较恶劣，其输出常便加有高频干扰信号。因此，信号处理环节通常是低通滤波电路，如RC源波器或由运兑放大器构成的有源港波电路等。3.1.2 温度检测元件热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。热敏电阻是敏感元件的类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热收电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值.正温度系数热敏电阻瑞（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。温度继电器，当外界温度达到给定值时而动作的继电器。该产品为通接触感应式密封温度继电器,具有体枳小、重量轻、控温精度高等特点，通用性极强。是使用最为广泛的产品，可供航空航天、监控摄像设备、电机、电器设备及其它行业作温度控制和过热保护用。3. 3.3速度传感器测速发电机输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势E和转速n成线性关系，即E=Kn,K是常数.改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，就能获得被测机构的转速，故乂称速度传感擀.模拟量输出线性度限制受温度影响轴编码器采用与主轴同步的光电脉冲发生器，通过中间轴上的齿轮1:1地同步传动。数控车床主轴的转动与进给运动之间,没有机械方面的直接联系，为了加工螺纹,就要求给定进给伺服电动机的脉冲数与主轴的转速应有相对应的关系，主轴脉冲发生器起到了对主轴转动与进给运动的联系作用。第4章双闭环直流调速系统的控制理论系统设计的一般原则为：先内环后外环。即从内环开始，逐步向外扩展C在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。图4.1为转速、电流双闭环调速系统的原理图，图4.2为双闭环调速系统的结构图。图中两个调节罂ASR和ACR分别为转速调节器和电流调节器，二若串级连接,即把电流调W岩的输出作为转速调H器的输入，再用转速调节器的输出去控制电力电子变换器UPE,图4.1双闭环调速系统电路原理图图4.况(闭环调速系统结构框图4. 1双闭环直流可逆调速系统的相关参数电路相关参数：额定功率Pe=60kW:额定电压Ue=22()V;额定电流1.c=3O8A;额定转速n=1000rmin;电枢回路总电阻RM).18Q;电磁时间常数T=0.012s;机电时间常数T=OJ20s;电动势系数Ce=O.196V(r.minT).另外根据器件选择确定其他参数：E乜流反馈时间常TiK0025s;转速反馈时间常数Tm=O.015$;额定转速的给定电压(U)X=I0V；调节器ASR、ACR饱和输出电压Um=8V.Um=6.5V;系统的静动态指标为：稳态无静差，调速范围D=IQ电流超调量。W就空载起动到额定转速时的转速超调量。14.2电流环结构图电流环结构图的简化分为忽略反电动势的动态影峋、等效成单位负反馈系统、小惯性环节的近似处理等环节。在一般情况下，系统的电磁时间常数T1.远小于机电时间常数Tm.因此转速的变化往往比电流变化假得多，对电源环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动,在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响即DEOo这时，电流环如图4.3所示。图4.3忽略反电动仍动态影响的电流环动态结构图4.2.1确定时间常数按照三相零式晶闸管整流装置进行设计。假设启动电流限制在1.51以内,输入回路电阻Ro=4()KQn转速反馈系数:A=1.=.=O.O73J,a.1.5x308电流反馈系数:a-三=0.0I1.Z/IPm,林1000,整流装置滞后时间常数：O333v2nf电流滤波时间常数：T-0.0025sa电流环小时间常数之和：Tz=T,+T;=0.00583so4.2.2选择电流调节器的结构因为。，W9,电流环的控制对象是双惯性型的，耍校JE成典型I型系统,显然应刹旧型的电流调节器，其传递函数可以写成：式中：KEI1.流调节器的比例系数，工电流调节器的超前时间常数。4.2.3计算ACR比例系数电流调节器超前时间常数:T1=T1=O.012s电流环开环增益：要求。，W5时，应取KTz=05.因此K三-=85.76.<'于是，ACR的比例系数为:K.35×0.0173K=21.85760320J8=03064. 2.4验证近似条件电流环械止频率：w.=K.=85.765s-1.品闸管整流装置传递函数的近似条件:焉丽TK)O3/满足近似条件忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件:3保=3扁篇r79满足近似条件电流环小时间常数近似处理条件:-1- =J!=H5.5x,>满足近似条件3也匕VO.OO333X0.00254.2.5计算调节器的电阻值和电容值按所用运算放大潺取R,MOKQ,件电阻和电容微为:R=KRo=0.3064OkSC=I2.24kS2C=Vn三X98”工=皿华FRn40x10'图4.4含给定滤波与反馈泄波的P1.型电流调节器4.3转速调节系统的动态结构图电流环经简化后可视作转速环中的一个环节，接入转速环内，电潦环等效环节的输入量应为U娘因此电流环在转速环中应等效为：用电流环的等效环节代替电流环后，整个转速控制系统的动态结构图便如图4. 5所示：图4.5用等效环节代替电流环的转速环的动态结构图4.3. 1确定时间常数电流环等效时间常数1/K,由电流环参数可知K,Tz,=0.5,则4-=2,=2x0.00583=0.0011665K1.转速滤波时间常数.根据已知条件可知Tn=O.015S转速环时间常数,按时间常数近似处理，取=+7；w=0.01166+0.015=0.026665Kt4. 3.2选用P1.调节器为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR中，现在在扰动作用点后面已经有了一个枳分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。由此可见，ASR也应该采用P1.调节器，其传递函数为，%=式中：K.转速调节器的比例系数，T.转速调节器的超前时间常数。4.3. 3计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则.取h=5,但是经检验转速超调址不符合要求，故选h=3设计。则ASR的超前时间常数为：tn=hT.=0.07998s转速环开环增益为：2鼠3ASR的比例系数为:若舞津4.3.4验证近似条件转速环截止频率为：-Kj.=I68.83.1.333-22.5j，电流环传递函数简化条件为:翡满足近似条件转速环小时间常数近似处理条件为：-:感I。"明，满足近似条件。M308x0.180.02666o.z,z,%=2×72.2%X1.1.×X=9.98%<10%0.196x10000124.3.5计算调节器电阻值和电容值取R=40k.则R.=K.R<,5.65×4OkQ226kC"用40×1.0,匹=4x0.35RV400,图4.6含给定泄波与反馈泄波的P1.型转速调节器第5章双闭环直流调速系统仿真由于本文只进行r理论性设计，故在系统安装与调试阶段只对控制电路部分进行了MaHab仿真,以分析直流电机的启动特性.采用MaHab中的SimUHnk工具箱对系统在阶班输入和负载扰动情况卜的动态响应(主要为转速和电枢电流)进行仿真。仿真可采用面向传递函数的仿真方法或面向电气系统原理结构图的仿其方法，本文采用面向传递函数的仿真方法"系统仿真结构如图5.1所示。图5.1系统仿真结构图在仿良过程中，MMab设置很多不同的算法，而不同的和法，时仿真出来波形影响很大.对广用数值方法求解常系数微分方程(OrdinaryDin'cren1.ia1.EqUation,简写为ODE)或微分方程组，MaUab提供了七种解函数，最常用的是ODE45.ode45可用于求解一般的微分方程，采用四阶、五阶龙格-库塔法。仿真结果如图5.2所示。图5.2双闭环谓速系统仿真结果图上部为电机转速曲线，中部为扰动电流曲线，下部为电机电流曲线.加电流启动时电流环将电机速度提高,并且保持为最大电流,而此时速度环则不起作用，使转速随时间线性变化，上升到饱和状态。进入稳态运行后，转速换起主要作用，保持转速的稳定。在第二秒时，外加扰动信号，此时转速受扰动信号影响有所下降，但因为转速环的作用重新将转速拉入稳定值“图5.3转速开环调速系统仿真结果图上部为转速曲线，下部为电流曲线。因为开环系统中没有反馈信号，而电机在带载的一瞬间要有一个做功的过程，也就是建立系统带载状态下的检定状态的过程，这部分功需要增大电机的电流来补偿，同时也会牺牲一部分动能，也就是电机的转速，所以产生了静态速降。第6章数字控制器的设计环节6.1硬计部分根据系统原理我们设计了数字控制双闭环起流调速系统谀件结构，如图6.1所示，系统的特点：双闭环系统结构，采用微机控制；全数字电路,实现脉冲触发、转速给定和检测：采用数字P1.算法。由软件实现转速、电流调行系统由主电路、检测电路、控制电路、给定电路、显示电路组成。主电路：三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源，再经过直流PWM变换器得到可谓的直流电压，给直流电动机供电。检测回路：包括电压、电流、温度和转速检测.电压、电流和温度检测由ND转换通道变为数字量送入微机：转速检测用数字测速（光电码盘）。故障综合：利用微机拥有强大的逻辑判断功能，对电东、电流、温度等信号进行分析比较.若发生故障立即进行故障诊断.以便及时处理.避免故障进一步扩大。这也是采用微机控制的优势所在。图6.1微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图6.2软件设计部分6.2.1双闭环期溺速系统的整体控制流程图图6.2系统主程序设计总体流程图为了使微机控制系统各种硬件设备能够正常运行，有效实现各个控制环节的实时控制和管理，除了要设计合理的硬件电路，还必须要有高质量的软件支持。因此，用汇编或其他高级诩言编写电机微机实时控制系统的应用程序，是整个系统设计中十分重要的内容。本系统采用8051单片机生成PWM信号，同时用8051代替了直流电动机双环调速装置中的电流和转速控制器。整个控制程序由主程序、外中断服务程序、P1.运算程序及各种辅助程序组成，程序总长小T4K了节，运行一遍的时间小于3.33ms。6.2.2数字控制器P1.的程序流程框图图6.3增Iit式数字P1.调节器程序框图增址式P1.程序：Fosc=1.2MIIZ.用一个定时器/计数器定时50ms.用R2作计数器，置初值14H,到定时时间后产生中断，每执行次中断服务程序，让计数器内容减1,当计数器内容减为O时，则到1S°P1.控制算法：系统的控制匏法主要采用了P1.控制和法，其兑法为：M)=KPkS+1TifiOeU)d/其中：Kp为比例系数，T.为积分系数。上式即为位宜式PI算法。这里我们采用其增量式控制算法，根据递推原理可得:u(k1)=K,e(k-1)+&(k-1.)j=Oe(j)T则增量式算法为：u(k)=u(k)-u(k-1)=K.e(k)1.-e(k-1)+Ke(k)我中：Kp为控制器比例系数，K为积分时间常数。由于系统采用了比例枳分调节器，是系统在扰动的作用卜.，通过P1.调节器的调节作川是电动机的转速达到静态无差。无差静态调速系统中，比例枳分调节器的比例部分使动态响应比交快(无滞后)，枳分部分使系统消除净差。结论直流调速系统具有静差率小、谢速范围宽、稳定性好、动态性能好等优点，在工业生产中具有重要作用。采用电流双闭环调速系统，能较好地满足电机的动态性能要求，实现快速起动和制动。通过对直流周速系统主电路进行设计和双团环直流调速系统的控制理论进行研究，进而对双闭环直流调速仿真系统进行设II.采用MatIab进行仿真设计，以分析直流电机的启动特性。最后对数字控制器进行设计，分为硬件设计和软件设计两部分，在无差静态调速系统中，比例积分调节器的比例部分使动态响应比交快（无滞后），积分部分使系统消除不差。因此，研尢直流电动机双闭环调速系统，以便于更加深入地了解直流电机的双闭环控制系统。