【正文】 的峰值電位 (3. 30。由于存在開閉滯后，使輸出和吸收之間出現重迭導通?？梢栽?V處接一個約 0. luf 的電容濾去電壓尖峰。在實驗電路中，由于接入誤差放大器反向輸入端的反饋電壓也是相對與12 腳而言，所以主回路和控制回路的接地端應相連。可以和 15 腳共用一個電源，也可用更高電壓的電源。另一路送到基準電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產生 士 1%V的內部基準電壓。 16 腳 :VREF(基準電壓端 ):基準電壓端 16 腳的電壓由內部控制在 5. 1 V 土 1%。 SG3525 的工作原理 SG3525 內置了 精密基準電源，微調至 %，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內，無須外接分壓電組。在 CT 引腳和 Discharge 引腳之間加入一個電阻就可以實現對死區(qū)時間的調節(jié)功能。 SG3525 的軟啟動接入端（引腳 8）上通常接一個 5 的軟啟動電容。此時， PWM 瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導通。由于實際中，基準電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。反之亦然。當 Shutdown（引腳 10）上的信號為高電平時， PWM 瑣存器將立即動作，禁止 SG3525 的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電。注意， Shutdown 引腳不能懸空，應通過接地電 阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響 SG3525 的正常工作。如果輸入電壓過低，在 SG3525的輸出被關斷同時，軟啟動電容將開始放電。 轉速、電流雙閉環(huán)設計 轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的組成 圖 33 所示為轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的原理框圖。把轉速調節(jié)器 ASR 的輸出作為電流調節(jié)器 ACR 的輸入，用電流調節(jié)器的輸出去控制晶管整流的觸發(fā)器。 為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器通常都采用 PI調節(jié)器。通常，轉速電流兩個調節(jié)器的輸出值是帶限幅的，轉速調節(jié)器的輸出限幅電壓為 *imU ，它決定了電流調節(jié)器給定電壓的最大值；電流調節(jié)器的輸出限幅電壓是 ctmU ，它限制了 PWM 裝置輸出電壓的最大值。其中 PI 調節(jié)器用帶限幅的輸出特性表示，這種 PI 調節(jié)器在工作中一般存在飽和和不飽和 兩種狀況。當調節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非輸入信號反向使調節(jié)器所在的閉環(huán)成為開環(huán)。 圖 34 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)靜態(tài)結構圖 實際上，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在正常運行時，電流調節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的，對于靜特性來說，只有轉速調節(jié)器存在飽和與不飽和兩種情況。因此系統(tǒng)具有絕對硬的靜特性（無靜差），即 nUU nn ???* dii IUU ???* 0* nUn n ?? ? 從而得到圖 35 靜特性的 An?0 段。這表明， An?0 段靜特性從理想空載狀態(tài)（ 0?dI ）一直延續(xù)到電流最大值 dmI ，而 dmI 一般都大于電動機的額定電流 nomI 。 圖 35 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性 （ 2）轉速調節(jié)器飽和 ： 當電動機的負載電流上升時，轉速調節(jié)器的輸出 *iU 也將上升，當 dI 上升到某 一數值（ dmI ）時，轉速調節(jié)器輸出達到限幅值 *imU ，轉速環(huán)失出調節(jié)作用，呈開環(huán)狀態(tài)，轉速的變化對系統(tǒng)不再產生影響。穩(wěn)態(tài)時 dmimim IUU ???* 因而 ?*imdm UI ? dmI 是 *imU 所對應的電樞電流最大值，由設計者根據電動機的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度選定。由以上分析可知，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性在負載電流 dmd II ? 時表現為轉速無靜差，這時 ASR 起主要調節(jié)作用。這就是采用了兩個 PI 調節(jié)器分別形成內、外兩個閉環(huán)的效果，這樣的靜特性顯然比帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性要強得多。這些關系反映了 PI調節(jié)器不同于 P調節(jié)器的特點：比例調節(jié)器的輸出量總是正比于輸入量，而 PI 調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)輸出量與輸入量無關，而是由其后面環(huán)節(jié)的需要所決定，后面需要 PI 調節(jié)提供多大的輸出量，它就能提供多少，但這要在調節(jié)器不飽和的情況下。因此，在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，由 電網電壓擾動所引起的動態(tài)速度變化要比在單態(tài)環(huán)調速系統(tǒng)中小得多。 ② 對負載擾動起抗擾作用。 （ 2） 電流調節(jié)器的作用 : ① 對電網電壓擾動起及時抗擾作用。 ③ 當電動機 過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起到快速的安全保護作用。 電流調節(jié)器的設計 設計電流環(huán)首先遇到的問題是反電動勢產生的交叉反饋作用。實際系統(tǒng)中的電磁時間常數 TL 一般遠小于機電時間常數 Tm，因而電流的調節(jié)過程往往比轉速的變化過程快得多，也就是說，比反電動勢 E 的變化快得多。這樣，在設計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)作用，而將電動勢反饋作用斷開，從而得到忽略電動勢影響的電流環(huán)近似結構圖。最后， Ts和 Toi一般比 Tl小的多，可以當作小慣性環(huán)節(jié)處理，看作一個慣性環(huán)節(jié)，取 T∑i =Ts+Toi。從這個觀點出發(fā) ,應該 把電流環(huán)校正成典 Ⅰ 系統(tǒng)。一般情況下 ,當控制對象的兩個時間常數之比 TL/T∑I ≥10 時 ,典 Ⅰ 系統(tǒng)的抗擾恢復時間還是可以接受的。 本設計 因為 δ i% ≥5% 且 TL/T∑I =10。 為了讓調節(jié)器零點對消掉控制對象的大時間常數極點，選擇 i? =TL, 則電流環(huán)的動 態(tài)結構圖可以化簡為圖 36： ?)(* sU i?? )( sId )1( ?? sTsKiI 圖 36 電流環(huán)簡化成典Ⅰ系統(tǒng) 參數計算： 按所用運算放大器取 0R =20K? ， sTi ? ，電樞回路總電阻 R=20? ACR 積分時間常數 sTT Ii ?? ， sToi ? 電流環(huán)開環(huán)增益：要求 i 5%?? 時應取 i ? ? 因此 ???? ? nciI TwK 于是， ACR 的比例系數為 40* 20*** ??? siIi KRTKK ? 計算控制器的電阻電容 值 ???? KRKR ii 5220* ,取 50K? FRTC iii ?*20 3 ??? FRTC oioi ?110*20 *44 30 ??? 如圖 37所示，為電流調節(jié)器的結構圖。為此，需求出它的等效傳遞函數： ?)()()(* sUssidcliIW ? 12 1)()( )(* ???? sssUs TWIic l iid ?? 近似條件 : TTWii ???? 5 123 1 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流閉環(huán)后，整個轉速調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)結構圖如 38（ a）所示。 )(* sU n ?? )(sU i )(sI d )(snASR 12 /1 ?? sT i ? 1?sTon?11 ?sTon )a ?? )(sI dL sCeTRm )b?)(* sU n?? )( sIdASR ? 12 / ?? sT n ?? )( sn? )( sI dL sC eTRm 圖 38 轉速環(huán)的動態(tài)結構圖 要把轉速環(huán)校正成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)， ASR 也應采用 PI 調節(jié)器，其傳遞函數 為 sss nnnA S R KW ?? 1)( ?? 式中 Kn—轉速調節(jié)器的比例系數 。 轉速調節(jié)環(huán)選用典型Ⅱ型系統(tǒng)的原因： 1). 系統(tǒng)在負載擾動作用下，動態(tài)速降要小。 3). 速度環(huán)基本上是 恒值系統(tǒng)。 min/r eC = 圖 39 轉速調節(jié)器的結構圖 第 4 章 系統(tǒng)實驗驗證 系統(tǒng)結構框圖 圖 41系統(tǒng)結構框圖 系統(tǒng)工作原理 速度給定信號 G，速度調節(jié)器 ASR，電流調節(jié)器 ACR，控制 PWM 信號產生裝置 UPM脈寬調制器， DLD 單元把一組 PWM波形分成兩組相差 180176。G 用以輸出 0～ 15V 直流給定電壓， UPW（脈寬調制器）采用 SG3525 芯片和部分外圍電路構成。改變 給定端電壓，可以改變輸出方波的占空比，作為 PWM 變換器的控制信號。這樣通過改變給定電壓就可以對電動機調速了。當被驅動電路為雙極式工作制時，為了避免同一相上、下兩只功率管直通，需要驅動信號有死區(qū)， DLD 單元即用來產生具有死區(qū)的驅動控制信號。 FA 限制主電路瞬時電流，過流時封鎖 DLD 單元輸出；電流反饋調節(jié)單元CFR；速度反饋調節(jié) SFR。從閉環(huán)結構上看，電流調節(jié)環(huán)在里面，叫做內環(huán)；轉速調節(jié)環(huán)在外面，叫做外環(huán)。為了獲得良好的動、靜態(tài)性能，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器一般都采用 PI 調節(jié)器，轉速調節(jié)器 ASR 的 輸出限幅電壓是 Unmax，它決定了電流調節(jié)器給定電壓的最大值；電流調節(jié)器 ACR 的輸出限幅電壓是 Uimax，它限制了 PWM 變換器 輸出電壓的最大值。 ② 速度調節(jié)器 (ASR)和電流調節(jié)器 (ACR)的輸出限幅值的整定 在調節(jié)器的 3個輸入中的其中任一個輸入接給定，在 4.、 5之間接 50K 電阻、 1uF電容，調節(jié)給定電 位器，使調節(jié)器的輸入為 1V，調節(jié)電位器 RP1，使調節(jié)器的輸出 7為 +4V（輸出正限幅值）；同樣把給定調節(jié)為 +1V，調節(jié) RP2，把負限幅值調節(jié)為 4V。把面板上的給定輸出接至零速封鎖單元其中一路，另一路懸空，增大給定，測量零速封鎖單元輸出端3：給定的絕對值大于 左右時，封鎖端 3輸出 15V；減小給定，給定的絕對值小于 左右時，封 鎖端 3輸出 +15V。 脈寬發(fā)生單元的整定 把電機、直流電源等接入系統(tǒng)，系統(tǒng)接成開環(huán)，脈寬發(fā)生單元的輸入懸空或者接地，調節(jié)偏移電壓電位器，使電機處于停止狀態(tài)（若要達到更好的閉環(huán)效果，調節(jié)偏移電壓電位器，使通過電樞的直流電流低于 ）用雙蹤示波器觀測脈寬發(fā)生單元的測試點 2和 4 的波形，此時的 2（ 4）的占空比接近相同（占空比為 50%左右）。 轉速反饋調節(jié)器、電流反饋調節(jié)器的整定 把電機 、 220V 直流電源接入系統(tǒng)，系統(tǒng)接成開環(huán)。加大負載，使電機的電樞電流穩(wěn)定在 ，調節(jié)電流反饋調節(jié)器，使電流反饋調節(jié)器 3端輸出的電壓為 +4V。緩慢增加給定電壓Ug,使電機升速 ,調節(jié)給定電壓 Ug 和負載 Rg 使電動機 (DJ15)的電樞電流 Id=,轉速達到 1200rpm。 在測試過程中逐步增大負載電阻 Rg 的阻值（即減小負載）就可 測出該系統(tǒng)的開環(huán)外特性 n=f（ I2），將其記入下面的表格： n(rpm) 1200 1175 1150 1130 1125 1105 1085 1150 1030 I(A) 圖 41開環(huán)機械特性曲線 閉環(huán)系統(tǒng)調試及閉環(huán)靜特性測定 直流電壓輸入為 300V 的情況下，發(fā)電機輸出首先空載，從零開始逐漸調大給定電壓 Ug，使電動機轉速接近 1200rpm，然后在發(fā)電機的電樞繞組接入負載電阻 Rg，逐漸增大電動機負載（即減小負載 的電阻值），直至電動機的電樞電流 Id=，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性，測定 n=f（ Id）并記錄于下表中： Id(A) n(rpm) 1208 1208 1208 1207 1209 1210 1214 1216 1215 改變電機的轉向，重復上述的步驟： n(rpm) n(rpm) 1200 1197 1193 1193 1200 1203 1205 1210 1215 再降低給定電壓 Ug，再測試 800rpm 的靜態(tài)特性曲線，記錄于下表中： Id(A) n(rpm) 800 801 801 801 800 800 799 799 802 圖 42 閉環(huán)系統(tǒng)特性曲線 結束語 “ PWM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng) ” 的 設計 ，是在 DJDK－ 1 型電力電子技術及電機控制實驗裝置上進行的。 以 SG3525 為核心實現 PWM脈寬調速， 形成無靜差的轉速 電流雙 閉環(huán)控制 。 縱觀整個設計，經