PWM直流双闭环调速系统设计
运动控制系统大作业
直流PWM双闭环调速系统，基本数据如下：
（1）直流电机：额定功率185W，额定电枢电压220VDC，额定电枢电流1.25A，励磁电压220VDC，励磁电流0.16A，额定转速1500rpm，额定转矩12000g·cm，允许过载倍数1.2；
（2）PWM变换器：占空比15%-85%；
（3）时间常数：电磁时间常数10ms,机电时间常数87ms；
（4）控制器的最大输入/输出电压均不超过3V
设计要求：
（1）静态指标,转速/电流无静差；
（2）动态指标，电流超调不超过5%；空载启动到额定转速时的转速超调不超过10%。
请完成转速调节器、电流调节器的设计、理论仿真和调试。
1.双闭环调速系统的结构图
直流双闭环调速系统的结构图如图所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。
双闭环调速系统的结构图
2.电路设计
H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图所示。PWM逆变器的直流电源由
C滤波，以获得恒定的直交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容
U。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动流电压
s
时只好对滤波电容充电，这时电容器两端电压升高称作“泵升电压”。为了限制泵升电压，用镇流电阻Rz 消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通VTz 。
H 桥式直流脉宽调速系统主电路
四单元IGBT 模块型号：20MT120UF
主要参数如下：
CER U =1200V c I =16A *CN T =100C ? kW P CM 9.0= V U sat CE 05.3)(=
2.1给定基准电源
此电路用于产生±15V 电压作为转速给定电压以及基准电压，如图所示：
给定基准电源电路
2.2 双闭环调节器电路设计
为了实现闭环控制，必须对被控量进行采样，然后与给定值比较，决定调节器的输出，反馈的关键是对被控量进行采样与测量。
2.2.1 电流调节器
由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。此滤波环节传递函数可用一阶惯性环节表示，由初始条件知滤波时间常数s T oi 001.0=，以滤平电流检测信号为准。为了平衡反馈信号的延迟，在给定通道上加入同样的给定滤波环节，使二者在时间上配合恰当。
图2-3 含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器
2.2.2 转速调节器
由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，由初始条件知滤波时间常数s T on 005.0=。根据和电流环一样的原理，在转速给定通道上也加入相同时间常数的给定滤波环节。
3.调节器的参数整定
本设计为双闭环直流调速系统
电路基本数据如下
1)电磁时间常数s T l 001.0=；
2)机电时间常数s T m 087.0=；
3)触发整流环节的允许过载倍数λ=1.2；
设计指标：
1)静态指标：无静差；
2)动态指标：电流超调量%5%≤i σ；空载起动到额定转速时的转速超调量%10%≤n σ。
计算反馈关键参数：
Ct=T/Ia=0.9408
Ce=Ct/9.55=0.0985V.min/r
nN=(UN-IN*R)/Ce R=57.78Ω
α= Unm/nN=0.002V/(r/min)
β=Uim/Idm=2V/A