基于单片机的直流伺服电机PWM控制系统课程设计(4)

2018-12-29 22:27

MOV PWML,A MOV A,PWMH

SUBB A,#0 ;调宽值高4位减1 MOV PWMH,A JNC OVER

MOV PWMH,#00H ;最小值时

4.3 程序流程图

由以下流程图可知,系统先检测开关3(正反转开关)的信号。如果是0信号(开的状态),则发出正转信号,电动机正转,反之电动机反转。检测完开关3,接下来检测开关1(加速开关),若信号为1(关的状态),发出加速的信号,电动机加速,若信号为0(开的状态),速度保持不变。再检测开关2(减速开关),若信号为1(关的状态),发出减速的信号,电动机减速,若信号为0(开的状态),速度保持不变。系统一直对三个开关信号循环检测,循环的执行程序。

开始设置定时计数器高K3低正转信号反转信号K1,加速NY增加计数器NK2,减速减少计数器

5、建模

5.1控制框图

根据设计要求,所设计的系统应为单闭环直流调速系统,选定转速为反馈量,采用变电压调节方式,实现对直流电机的无极平滑调速。

转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反

图4.3程序流程图

馈到输入端,再与给定值比较,经放大环节产生控制电压,再通过电力电子变换器来调节电机回路电流,达到控制电机转速的目的。这里,电压放大环节采用集成电路运算放大器实现,主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。有了原理图之后,把各环节的静态参数用自控原理中的结构图5.1表示,就得到了系统的稳态结构框图。

图5.1单闭环直流调速系统稳态结构框图

同理,用各环节的输入输出特性,即各环节的传递函数,表示成结构图形式,就得到了系统的动态结构框图。由所学的相关课程知:放大环节可以看成纯比例环节,电力电子变换环节是一个时间常数很小的滞后环节,这里把它看作一阶惯性环节,而额定励磁下的直流电动机是一个二阶线性环节。所以,可以得到5.2的框图:

图5.2单闭环直流调速系统动态结构框图

5.2参数计算

设计完系统框图,就可以用已知的传递函数结合设计要求中给定的参数进行对系统静态和动态两套参数的计算。以便于后续步骤利用经典控制论对系统的分析。为了方便以下的计算,每个参数都采用统一的符号,这里先列出设计要求中给出的参数及大小:

电动机:PN=10kw UN=220v IdN=55A nN=1000rpm Ra=0.5Ω 晶闸管整流装置:二次线电压E2l=230v Ks=44 主回路总电阻:R=1Ω

测速发电机:PNc=23.1kw UNc=110v IdN=0.21A nNc=1900rpm 系统运动部分:飞轮矩GD2=10Nm2

电枢回路总电感量:要求在主回路电流为额定值10﹪时,电流仍连续 生产机械:D=10 s≤5﹪ 1、静态参数设计计算

A、空载到额定负载的速降ΔnN

由公式:

?nNsD? (其中D,s已知) ?nN(1?s) 得:ΔnN≤5.26rpm B、系统开环放大倍数K 由公式:

RIdn? Ce(1?K)得:K=53.3

C、测速反馈环节放大系数a

设:测速发电机电动势系数= UNc/ nNc=0.0579 Vmin/r 测速发电机输出电位器RP2分压系数a2 根据经验,人为选定a2=0.2 则a=Cec a2=0.01158

2、RP2的选择主要从功耗方面考虑,以不致过热为原则。 D、运算放大器的放大系数Kp

KpKs?K?由公式 (其中α即a) CeCe?UN?IdNRanN(由公式 算出Ce

=0.1925Vmin/r)

Kp ≥20.14

取Kp=21 (若向小方向取,可能影响快速性,由于后加限幅电路,略大无妨)

此处的近似,使k由53.3变为55.58

2、动态参数设计计算

在经典控制论中,动态分析基于确定系统的传函,所以要求出传函并根据已知求的传函中的未知参数,再用劳斯判据得出系统稳定性,在稳定的基础上再加校正以优化系统,使稳、准、快指标平衡在要求范围内的值上。

5.3 PWM变换器环节的数学模型

图5.3绘出了PWM控制器和变换器的框图,其驱动电压都由 PWM 控制器发出,PWM控制与变换器的动态数学模型和晶闸管触发与整流装置基本一致。按照上述对PWM变换器工作原理和波形的分析,不难看出,当控制电压改变时,PWM变换器输出平均电压按线性规律变化,但其响应会有延迟,最大的时延是一个开关周期 T 。

UcPWM控制器UgPWM变换器Ud

图5.3 PWM变换器环节框图

根据其工作原理,当控制电压UC改变时,PWM变换器的输出电压要到下一个周期方能改变。因此,脉宽调制器和PWM变换器合起来可以看成一个滞后环节,它的延时最大不超过一个开关周期T。则,当整个系统开环频率特性截至频率满足?c?T3因此PWM控制与变换器(简称PWM装置)也可以看成是一个滞后环节,其传递函数可以写成

Ws(s)?Ud(s)?Kse?Tss Uc(s)当开关频率为10kHz时,T = 0.1ms ,在一般的电力拖动自动控制系统中,时间常数这么小的滞后环节可以近似看成是一个一阶惯性环节,因此

W(s)?KP Ts?1Kp——脉宽调制器和PWM变换器的放大系数。

5.4 仿真结果图

下图是系统的仿真图,图中左下方是三个控制开关,分别控制直流伺服电动机的正反转,加减速。开关按下时,是高电平信号,开关开时,是低电平信号(信


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