1.引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，直流電動機在理論和實踐上更加成熟，例如雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有極好的運行和控制性能，在工業(yè)生產(chǎn)中始終占有相當?shù)谋壤?。由于資金條件有限和本著研究開發(fā)的態(tài)度大多采用仿真來進行模仿。

目前在matlab軟件仿真中，很多公式和參數(shù)計算過后都需要通過建模，本文直接把得到的參數(shù)通過程序運算，輸入到所得到的的模型中，簡化了程序，節(jié)約了大量的時間，獲得一定的經(jīng)濟效益，通過simulink仿真，使得模型更簡明，本文主要介紹電源的選擇，控制電路的設(shè)計，ACR和ASR的參數(shù)設(shè)計、系統(tǒng)仿真實現(xiàn)分析，通過滿足一定的參數(shù)，實現(xiàn)電動機的運轉(zhuǎn)，達到預(yù)期效果。

2.雙閉環(huán)控制電路設(shè)計

2.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的設(shè)計和電流調(diào)節(jié)器（ACR）的設(shè)計

選定額定轉(zhuǎn)速nN對應(yīng)的轉(zhuǎn)速給定電壓，當在0~之間變化時，對應(yīng)轉(zhuǎn)速n在0~nN之間變化，一般可選，于是可選定轉(zhuǎn)速檢測系數(shù)。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的輸出作為電流調(diào)節(jié)器（ACR）的輸人給定信號，首先應(yīng)選定ASR的輸出限幅值，則對于電樞電流應(yīng)有如下兩式成立：

2.2直流可調(diào)電源設(shè)計

電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出c U是可調(diào)直流電源的輸入值，首先選定ACR的輸出控制限幅值，對應(yīng)于直流電源最大輸出電壓，穩(wěn)態(tài)時有。根據(jù)直流電動機的穩(wěn)態(tài)電壓平衡方程：

U = E + RI = C n + RI ，為了保證額定轉(zhuǎn)速nN時，直流電源仍能提供最大電樞電流，應(yīng)滿足下式，并留有一定裕量。

3.可逆控制的主要問題

無論是采用改變電樞電壓的極性或改變勵磁磁通的方向來改變直流電動機的轉(zhuǎn)向，都需要其供電電源能夠輸出極性可變的直流電壓。

基于PWM控制的H型可逆直流電源，其主電路拓撲結(jié)構(gòu)與控制原理如圖1-2所示，其主電路開關(guān)器件可采用IGBT、Power MOSFET以及智能功率模塊IPM，常應(yīng)用于中、小功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)（如圖1所示）。

圖1-a繪出了H型可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本原理圖，由4個電力電子開關(guān)器件1 4 S ？ S和續(xù)流二極管構(gòu)成橋式電路拓撲。H型可逆PWM變換器的控制方式有：雙極式控制、單極式控制和受限單極式控制等。

現(xiàn)以雙極式控制為例，說明H型可逆PWM變換器的工作原理。

1）正向運行（此期間2S和3 S始終保持斷開）第1階段，在0 on≤t≤t期間，1 4 S和S同時導通，電動機M的電樞兩端承受電壓+ d0 U ，電流d i正向上升；第2階段，在on t≤t≤T期間，1 4 S和S斷開，續(xù)流，電動機M的電樞兩端承受電壓- ，電流下降；但由于平均電壓高于電動機的反電動勢E，電動機正向電動運行，其波形如圖1-b.

2）反向運行（在此期間1 4 S和S始終保持斷開）

第1階段，在0 on≤t≤t期間，S 2和S3斷開，通過續(xù)流，電動機M的電樞兩端承受電壓+ ，電流-沿反方向下降；第2階段，在on t≤t≤T期間，S2和S 3同時導通，電動機M的電樞兩端承受電壓- ，電流-沿反方向上升；由于平均電壓|- |高于電動機的反電動勢|-E|，電動機反向電動運行，其波形如圖1-c.改變兩組開關(guān)器件導通的時間，也就改變了電壓脈沖的寬度。

如果on t表示1 4 S和S導通的時間，開關(guān)周期T和占空比的定義和上面相同，則電動機電樞兩端電壓平均值為：

如果令γ= 2ρ1，調(diào)速時的可調(diào)范圍為0~1，-10.5時，為正，電動機正轉(zhuǎn)；

(2)當0.5時， 為負，電動機反轉(zhuǎn);.

(3)當=0.5時， =0,電動機停止。

由于電動機停止時電樞電壓并不等于零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電機的損耗，這是雙極式控制的缺點。但它也有好處，在電動機停止時仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時的靜磨擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用。

4.控制電路的參數(shù)計算與設(shè)計

4.1 參數(shù)確定

直流電機：PN=5.5kw,UN=220V,IN=8A,nN=1490r/ min,電樞回路電阻R=0.8Ω，允許電流過載倍數(shù)λ=1.8,電磁時間常數(shù)Tl=0.048s , 機電時間常數(shù)Tm=0.185s.

PWM調(diào)制參數(shù)：電源電阻： ,放大倍數(shù)，時間常數(shù)： ,開關(guān)頻率： , 電流反饋濾波時間常數(shù)，轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)。給定電壓最大值調(diào)節(jié)器限幅電壓。

電流反饋系數(shù)：

轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：

4.2 電流環(huán)控制器的設(shè)計

PI調(diào)節(jié)器利用比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，而用積分部分最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。