四、转速环、电流环的设计
4.1、转速调节器、电流调节器在直流双闭环系统中的作用
1）转速调节器的作用：
? 其输出限幅值决定电动机允许的最大电流；转速调节器是调速系统的主
*导调节器，它使转速n很快的跟随给定电压Un的变化；稳态时可减小转速
误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差； ? 对负载变化起抗扰作用；
? 其输出限幅值决定电动机允许的最大电流； 2）电流调节器的作用：
? 为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压Ui*（即外环调节器的输出量）变化； ? 对电网电压的波动起及时抗扰的作用；
在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程； 当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。
4.2、调节器的具体设计
本设计用到的参数如下： 直流电动机(一)：
（1）输出功率为:7.5Kw 电枢额定电压220V （2）电枢额定电流 36A 额定励磁电流2A （3）额定励磁电压110V 功率因数0.85
（4）电枢电阻0.2欧姆 电枢回路电感100mH （5）电机机电时间常数2S 电枢允许过载系数1.5
（6）额定转速 1430rpm
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环境条件:
（1）电网额定电压: 380/220V; （2）电网电压波动: 10%;
（3）环境温度: -40~+40摄氏度; （4）环境湿度: 10~90%. 控制系统性能指标:
（1）电流超调量小于等于5%;
（2）空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于10%; （3）调速范围：D＝10; （4）静差率小于等于0.1 。
4.3、电流环的设计
（1）确定时间常数 电流反馈系数?
设最大允许电流Idm=1.5In，则Idm=1.5*36=54A
*Uim ??=8/54=0.148V/A
IdmCen?IR?30.81 Ucm1整流装置滞后时间常数Ts?s?0.5ms?0.0005s；
2000 Ks?电流滤波时间常数Toi?0.0025s 电流环小时间常数之和：
按小时间常数近似处理Ti?Ts?Toi?0.003s。(Ts和Toi一般都比T1小得多,
?可以当作小惯性群近似地看作是一个惯性环节)。
（2）选择电流调节器结构
根据设计要求：?i%?5%，可按典型Ⅰ型设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的,所以把电流调节器设计成PI型的。
（3）选择电流调节器的参数
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ACR超前时间常数?i?Tl?L/R?0.5s； 电流环开环时间增益KI?0.50.5??166.7; Ti0.003?ACR的比例系数Ki?KI（4）校验近似条件
?iR166.7?0.5?0.2??3.66。 ?Ks0.148?30.81电流环截止频率?ci?KI?166.7s?1。 1)晶闸管装置传递函数近似条件：?ci?1, 3Ts 现为
11??666.7?166.7，满足近似条件； 3Ts3?0.0005s2)忽略反电动势对电流环影响的条件：?ci?31， TmTl 现为311?3??3s-1，满足近似条件； TmTl2?0.511，
3TsToi 3）小时间常数近似处理条件：?ci? 现为
1111??298.1s?1??ci，满足近似条件。
3TsToi30.0005?0.0025电流环可以达到的动态指标为：?%?4.3%?5%，也满足设计要求。 (5)计算调节器电阻和电容 取R0=40K?
Ri?KiR0?3.66*40?146K?
Ci??iRi4T0iC0i??0.25?F
R0?3.42?F
4.4、速度环的设计
（1）确定时间常数
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①电流环等效时间常数
11?2Ti?2?0.003?0.006s?1； ：
?KiKi ②转速滤波时间常数：Ton?0.015s； ③转速环小时间常数近似处理：
Tn?2Ti?Ton?0.006?0.015?0.021s。
??（2）选择转速调节器结构
按跟随和抗扰性能都能较好的原则,在负载扰动点后已经有了一个积分环节,为了实现转速无静差,还必须在扰动作用点以前设置一个积分环节,因此需要Ⅱ由设计要求，转速调节器必须含有积分环节，故按典型Ⅱ型系统—选用设计PI调节器。典型Ⅱ型系统阶跃输入跟随性能指标见附录表三。
（3）选择调节器的参数
?Unm?0.007 ?n?hTn?5?0.021?0.105s ???nmax 转速开环增益：KN? ASR的比例系数：
h?15?1?2??272.11s； 22222hTn2?5?0.021?（h?1）?C?Tm6?0.148?0.135?2??815.51 Kn?2h?RTn2?5?0.007?0.2?0.021?（4）近似校验
转速截止频率为：?cn?KN?1?KN?n?272.11?0.105?28.57s?1；
11??66.67s?1??cn， ①电流环传递函数简化条件：满足条件； 5Ti5?0.003? ②转速环小时间常数近似处理条件：
1111???35.14s?1??cn
32TiTon32?0.003?0.015?（5）检验转速超调量
当h?5时，?%?37.6%,不能满足要求。按ASR退饱和的情况计算超调
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量:
?Cmax%?81.2?，
?nn?IdR36?0.2??53.3rminC?0.135，
?n?2*81.2%*1.5*53.3T?n*nTm?0.035%?10%满足设计要求。
(6)计算调节器电阻和电容
Rn?KnR0?815.51*40?32.62M?
Rn4T0nC0n??1.5?F
R0Cn??n?3.22?F
五、PWM可逆直流调速系统
本系统采用一个8位单片机C8051F005做主控制器。以H型双极性可逆PWM变换器为主回路核心，采用典型的双闭环调速原理组成PWM调速系统。C8051F005的PCA提供PWM脉冲，给定的速度值、速度反馈值和电流反馈值可以控制PWM脉冲。改变PWM脉冲的占空比可以改变IGBT的输出电压，以此来改变直流电动机的速度。由于C8051F005单片机内部有模/数、数/模转换模块，所以直流测速机将速度值转化为电压值，然后直接由A/D转换通道变成数字量送入单片机，从而实现转速检测。电流检测是通过霍尔效应电流传感器由A/D转换通道变成数字量送入单片机。整流电路采用三相桥式全控整流电路。
5.1、PWM变换器
图7是H型双极性可逆PWM变换器原理图。它包含有4个IGBT 管和4个续流二极管。4个IGBT管分成两组，VT1，VT4为一组；VT2，VT3为另一组。同一组的IGBT管同时导通或截止，不同组的IGBT管的导通与截止是不相同的。
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