直流电机伺服控制系统设计

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1、臣匿圈黼。洲乱万方数据直流电机伺服控制系统的设计谢帅(河北金环钢结构工程有限公司石家庄050011)学术论坛摘要：近年来。交流调速系统发展很快，然而直流拖动控制系统毕竟在理论和实或上都比较成熟，而且从反馈闭环控翻角度来看．它又是交流拖动控制系统的基础，所以本设计为以直流拖动控胡系统为基础的控制电机。关键词：伺服系统直流伺服电机可逆直流调速中图分类号：TM33文献标识码；A文章编号：1672—379l(20lo)ol(c)一0212一ol直流伺服系统就是控制直流电动机的系统，直流伺服电动机调速范围宽，输出转矩大，过载能力强，而且电动机转动

2、惯量较大，应用较方便。本系统采用交流电源经二极管桥式整流电路进行整流，再经电容滤波变为光滑的直流电源。该直流电源经过IGBT桥式电路构成的四象限变换器，驱动直流电机使其正反转运行。系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制IGBT的基极驱动装置。1直流调速系统结构方案的确定根据系统所要达到的技术指标确定设计方案，本设计所要达到的技术指标如下：直流电动机：U。。=220伏，led=136安，flea=1460转／分，C。=0．132伏／转·分-1，入=1．5。K#40，电枢

3、电阻R=0．5欧，TL=-o．03秒，T。=O．18秒，D=O．05伏／安(篮lO伏／1．Sled)，瑾=0．007伏／转·分-1(篮lo伏／％)，L=O．002秒，T。=O．01秒。设计要求：直流电机可逆运行，稳态指标：无静差，动态指标：oi％≤5％，on％≤10％。+5图1圈2器调速系统控制环节主要包含转速给定(图1)整流电路、双闭环直流调速系统、驱动回路环节。2转速、电流双闭环调节器的设计2．1按工程设计方法设计双闭环系统的调节器用工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器，先内环后外环。首先设计电流调节器，然后把整个

4、电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。2．2电流调节器的设计电流调节器的设计包括结构图的简化，结构的选择。(1)电流环结构图的简化。转速的变化往往比电流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即AEz0。把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给。-‘，“定信号改成=孚，则电流环便等效成单位负P反馈系统。t和瓦。一般都比7；小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为：毛，=正+to,=0．0017+0．002=o．0037s

5、。(2)电流调节器结构的选择。正=0．0017s时I’日】常数为：廷l=Z+瓦=0．0017+o．002=0．0037由a％≤5％，而且n，B。=0．03／0．0037=8．11。所以电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统，应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成：呢傈(s)：幽t声忽略高次项，％(J)可降阶近似为：％(s)*T二一二j+1(3)K，近似条件：％《雁㈤电流环在转速环中等效为：l舞2竽2上l_s+l(5)研(j)p()Xl原来是双惯性环节的电流环控制对象，经闭环控制后，可以近似地等效成只有l较小时间常数百的一阶惯性

6、环节·3驱动控制回路(IGBT基极驱动电路)电动机的正反转转变主要是由IGBT构成的四象限变换器控制的，IGBT的基极由专用的基极驱动器驱动M57962L驱动。M57962内置可在输出与输入之间实现良好电气隔离的光耦合器，所以可对被驱动的IGBT实现口丁靠驱动。用M57962L驱动IGBT模块的实际应用电路如图2所示。当IGBT模块过载(过压、过流)时，亦即其集电极电压上升至大于15V时，隔离二极管D1截止，①脚为15V高电平，则驱动器将5脚置低电平，使IGBT截止稳压二极管zl用于防止Dl击穿而损坏M57962L。Rext为限流电阻。

7、Z3、Z2组成限幅器，以确保IGBT基极不被击穿。⋯4结语”7随着技术的发展，直流调速领域越来墨为电流调节器的比例系数。t为电流调节器的超前时间常数。H，r2．3转速调节器的设计转速调节器的设计包括结构图的简化，结构的选择，参数的计算实现。(I)电流环的等效闭环传递函数。电流环经简化后可视作转速环中的一个环节，它的闭环传递函数％(s)：2I2科技资讯SCIENCE＆TECHNOLOGYINFORMATION越广泛，各领域直流伺服电动机需求也不断增加，因此我们必须使用各种新技术解决现实应用的需求。本设计基本达到了技术指标的要求：实现了电机

8、的可逆运行，满足了静态指标及动态指标的要求。直流电机伺服控制系统的设计作者：谢帅作者单位：河北金环钢结构工程有限公司,石家庄,050011刊名：科技资讯英文刊名：SCIENCE&TECHNOLOGYINFO