可逆直流调速系统中转速电流双闭环的仿真与设计

简介：
本研究探讨了在可逆直流调速系统中的转速和电流双重闭环控制策略，并通过仿真验证其性能，为工业电机控制系统的设计提供了理论依据和技术支持。 本设计基于运动控制课程的要求，旨在对转速电流双闭环可逆直流调速系统进行仿真与设计。该系统的目的是实现转速电流的双重闭环控制，并且能够满足可逆运行、静态无静差以及动态过渡过程快速等性能指标。 具体的设计参数如下： - 直流电动机控制系统：输出功率为 5.5KW，电枢额定电压 220V，电枢额定电流 30A，电机机电时间常数为1S，额定转速970rpm。 - 环境条件：电网的额定电压是380/220V，并且可以承受10%的波动；环境温度范围从-40℃到+40℃；湿度在10%-90%之间变化。 - 控制系统性能指标：电流超调量应小于等于5%，空载起动至额定转速时，转速超调量应不超过30%，调节比为20，并且静差率应该控制在不大于0.03的范围内。 设计内容与数据资料包括： - 主电路方案采用了直流脉宽调制系统和控制系统中的双闭环（即速度环和电流环）控制。 - 在主电路中，使用了不可控整流器25JPF40电力二极管以及带有续流二极管的IGBT构成H型结构PWM逆变器进行电能转换。此设计还包含了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节和转速调节器。 - PWM变换器的选择：考虑到系统需要实现电动机可逆运行的功能，本设计选择了带续流功能的绝缘栅双极晶体管（IGBT）构成H型结构PWM变频器。电源电压Us通过不可控整流二极管25JPF40提供，并且使用大电容C进行滤波处理。 - 功率开关管应能承受两倍于电网额定电压的峰值，因此选用了FGA25N120AN型IGBT。另外，在IGBT关断时通过二级管为电机回路中的电感储能提供释放路径。 该设计的主要特点在于采用了转速电流双闭环控制方案和PWM变换器技术等手段来实现调节电流与转速的目标，从而满足上述性能指标的设定要求。