運動控制系統期
中**目錄
一、前言3
整體設計思路3
二、分塊設計思路3
1、電路的設計思路3
1.1 閘流體選擇4
1.2二極體的選擇4
2、1觸發電路的設計4
三、電流環和轉速環設計6
3.1 電流環的設計6
3.2轉速環的設計10
3.3 供電電路13
四、保護電路13
4.1 過電壓保護14
4.2 過電流保護14
五、總結14
參考文獻15
附圖15
前言 通過對於理論知識的學習，我們已經深刻的體會到閉環控制系統要優於開環控制系統，然而更深入的學習我們又了解到電流-轉速反饋控制的直流調速系統是靜、動態特性優良、應用最廣的直流調速系統。其效能受到各個領域的關注。
那麼，如何通過matlab**模擬，了解工作效能以及如何設計出滿足要求的調速系統，就是我們重點要掌握的一項技能。
整體設計思路
首先，考慮到的就是將乙個系統分成各個部分來設計。主電路部分，控制部分，反饋部分，保護電路等設計等大體設計環節。每個環節又有各自詳細的設計思路，將會在各部分設計中體現。
二、分塊設計
1、主電路設計
選取閘流體作為三相橋式全控整流開關器件。靠相控方式來控制門極導通與關斷。
材料的選取：在選取閘流體時，對於額定引數是要求很高的。閘流體的額定電壓是指斷態重複峰值電壓和反向重複峰值電壓的較小值。
考慮到電源電壓的波動及過電壓保護等因素，選用時額定電壓為承受峰值電壓的2~3倍。即：utn=（2~3）utm
其中utn為閘流體的額定電壓，utm為閘流體實際所承受的峰值電壓，（2-3） 為安全裕量。
1.1.2 閘流體的額定電流的選擇
閘流體的額定電流是按電流的平均值標定的，元件的電流有效值定額是其通態平均電流值的1.57倍。
i= 1.57 ita1-2）
ita為通態平均電流值。而ita為
ita = （1.5-2）ivt/1.571-3)
其中ivt為閘流體實際通過電流的有效值。
在主電路中使用變壓器將交流380v降為24v,經過計算utn為134v，i為20a.所以閘流體我們選擇為kp20-2e.
1.2 二極體的選擇
d1-d6我們選擇in5822，圖中從電網到d1-d6所組成的整流電路中需要乙個電流互感器。
in5822的引數為：vrrm = 40v;
vrms = 28v;
ifms = 80a;
io = 3a
2、觸發器的設計
閘流體可控整流電路，也成為觸發電路。其工作原理是控制觸發角α大小
（即控制觸發脈衝起始相位）來控制電壓大小的，其中最重要的工作就是如何在恰當的時間給閘流體以有效觸發脈衝。在主電路中採用的是kp20-2e，與之相匹配的驅動晶元為kj004。
對三相全橋電路脈衝的要求：
按vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6的順序，相位依次差60度。按vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6的順序，相位依次差60°。 共陰極組vt1、vt3、vt5的脈衝依次差120°，共陽極組vt4、vt6、vt2也依次差120°.
同一相的上下兩個橋臂，即vt1與vt4、vt3與vt6、vt5與vt2，脈衝相差180度。
kj004所需電源為15v,允許波動土5％(±10％時功能正常);電源電流範圍-10ma~15ma。輸出脈衝寬度：400μs—2ms(通過改變脈寬阻容元件達到)；幅度：
≥13v；最大輸出能力100ma(流出脈衝電流)。
綜上可以看出kj004 電路具有輸出負載能力大、移相效能好、正負半周脈衝相位均衡性好、移相範圍寬、對同步電壓要求低,有脈衝列調製輸出端等功能與特點。故我們它來作為雙路脈衝移相脈衝觸發。
kj004移相觸發電路
kj041六路雙脈衝形成器是三相全控橋式觸發線路中必備的電路,具有雙脈衝形成和電子開關控制封鎖功能。kj041電路是脈衝邏輯電路。當把移相觸發器的觸發脈衝輸入到kj041電器的1～6端時,由輸入二極體完成「或」功能,形成雙脈衝,再由t1～t6電流放大分六路輸出。
t7是電子開關,當控制7端接邏輯「0』電平時t7截止,各路輸出觸發脈衝。當控制7端接邏輯「1」電子(+15v)時t7導通,各路無輸出觸發脈衝。
kj041引數：電源電壓直流+15v允許波動±5%(±10%時功能正常)。 電源電流≤20ma。
輸出脈衝: 最大輸出能力:20ma(流出脈衝電流)。
幅度:≥13v,(負載電阻50ω)。
三相同步方式是利用三相交流同步訊號，與主電路電壓保持精確的相位關係，為各元件提供自然換相點。
kj041 （與kj004對應相連）
三電流環和轉速環的設計
在本次設計中，採用電流、轉速雙閉環構成的反饋，使電流環(acr)作為控制系統的內環，轉速環(asr)作為控制系統的外環，以此來提高系統的動態和靜態效能。二者串級連線，即把轉速調節器的輸出作為電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去控制電力電子變換裝置upe。從而改變電機的轉速。
通過電流和轉速反饋電路來實現電動機轉速無靜差的執行。框圖如下圖所示。
雙閉環系統的框圖
3.1 電流環的設計
電流調節器的作用是：對電網電壓波動起及時抗擾作用。啟動時保證獲得允許的最大電流（過大的起動電流、過載電流）。
在轉速調節中，使電流跟隨其給定電壓變化。當電機過載甚至處於堵轉時，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護作用。如果故障消失，系統能過自動恢復正常。
3.1.1確定時間常數
(1）整流裝置滯後時間常數ts。
表3-1 閘流體整流器的失控時間（f=50hz）
由表3-1，三相橋式電路的平均失控時間ts=0.00167 s。由於平均失控時間和元器件本身有關，所以我們必須採用閘流體。
(2) 電流濾波時間常數toi = 2ms=0.002s。
(3) 電流環小時間常數按小時間常數近似處理，取.
(4) 電磁時間常數.
3.1.2 選擇電流調節器結構
根據設計要求，並保證穩態電流無差，可按典型 i 型系統設計電流調節器。電流環控制物件是雙慣性型的，因此可用pi型電流調節器。而且
其傳遞函式為
3.1.3 計算電流調節器引數
acr電流調節器超前時間常數：
電流環開環增益：要求時，應取，因此
於是，acr的比例係數為
3.1.4 校驗近似條件
電流環截止頻率
（1）閘流體裝置傳遞函式的近似條件:
現在，,滿足近似條件。
（2）小時間常數近似處理條件:
現在， 滿足近似條件
（3）忽略反電動勢變化對電流環動態影響的條件
現在，由於c=
所以因此
滿足近似條件。
3.1.5 計算調節器電阻和電容
所用運算放大器取 ro = 40k,各電阻和電容值計算如下
， 取, 取0.75μf
, 取0.2mf
表 3-2 典型i型系統動態跟隨效能和頻域指標與引數的關係
按照上述引數，電流環可以達到的動態指標為：,由表3-2可知，滿足設計要求。
由於電流檢測中常常含有交流分量，為使其不影響調節器的輸入，需加低通濾波。此濾波環節傳遞函式可用一階慣性環節表示，由初始條件知濾波時間常數，以濾平電流檢測訊號為準。為了平衡反饋訊號的延遲，在給定通道上加入同樣的給定濾波環節，使二者在時間上配合恰當。
simulink環境中的電流環模型、**結果
電流環**框圖
**結果曲線圖
3.2 轉速環設計
轉速調節器的作用：能有效地消除轉速偏差，保持轉速恆定；當轉速出現較大偏差時，它能迅速達到最大輸出電壓，輸送給電流調節器，使電流迅速上公升，實現快速響應。
3.2.1確定時間常數
（1）電流環等效時間常數
（2）轉速濾波時間常數本設計初始條件已給，即。
運動控制系統課後答案
習題解答 供參考 習題二2.2 系統的調速範圍是1000 100，要求靜差率s 2 那麼系統允許的靜差轉速降是多少？解 系統允許的靜態速降為。2.3 某一調速系統，在額定負載下，最高轉速特性為，最低轉速特性為，帶額定負載時的速度降落，且在不同轉速下額定速降不變，統允許的靜差率是多少？解 1 調速範圍...
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