直流脉宽(PWM)调速系统设计与研究——调节器设计
直流电机PWM脉宽调速系统设计
直流电机PWM脉宽调速系统设计基于 51 系列单片机的直流电机 PWM调速系统设计目录1 课程设计内容 (1)2 课程设计目的 (1)3 直流电动机调速概述 (2)3.1直流电机调速原理 (2)3.2直流调速系统实现方式 (3)4. 方案选择 (3)5 硬件电路设计 (4)5.1主电路 (4)5.2直流电动机驱动 (5)5.3控制电路 (6)5.4 PWM波形的程序实现 (7)5.5仿真电路图 (7)6 实验结果与分析 (8)6.1调试结果 (8)6.2调试分析 (8)6.3出现问题及分析 (9)7 收获与体会 (9)8 小组分工 (10)参考文献 (11)附录 (12)1 课程设计内容1．选用额定电压为220V，额定电流为1.2A的它励直流电动机（即把实验室的并励直流电动机做它励接法）作为调速对象。
要求带一发电机负载进行调速实验。
2．对直流电机进行四象限调速，实现直流电机的加速、减速和反转功能。
3．使用PWM技术实现直流电机的调速，通过改变触发脉冲的占空比来实现调速控制。
4．由于电机工作在220V直流电压下，所以电路分为高压和低压两部分，低压电路控制高压电路实行电机调速。
2 课程设计目的电机与拖动时一门要求实践性很强的课程，具有极其广泛的工程应用价值。
若要深入地掌握理论知识，就必须在加强理论学习的基础上，注重加强工程实践操作技能的系统训练。
不仅通过实验论证一些理论问题，而且还要通过工程设计、工程实践等环节，掌握该课程在实践工程应用、故障分析等方面的综合实践技能，使学生树立工程意识、提高工程实践能力。
本课程设计旨在通过学生独立完成小型电动机的设计达到对学生综合性训练。
具体设计目的如下：1.进一步加深对直流电机机构的认识，更好地理解电机的工作原理，对直流电机四象限运行有全面的理解。
2.熟悉对装备性能检验测定方法和步骤，进一步提高分析实验现象和实验结果的能力，提高发现问题，分析问题，解决问题，总结出一般规律的能力。
PWM脉宽直流调速系统设计课程设计 (2)
设计题目及分析设计题目：转速电流双闭环控制的H 型双极式PWM 直流调速系统直流电动机：UN=48V ，IN=3.7A ，nN=200r/min 允许过载倍数λ=2；电枢回路电磁时常L T =0.015s ，机电时常m T =0.2s ；PWM 环节的放大倍数：S K =4.8,；电枢回路总电阻：R=1Ω；电枢电阻Ra=0.5Ω。
电流反馈系统β=1.33V/A ，转速反馈系数α=0.05V ·min/r ，电动势转速比Ce=0.18V ·min/r 。
转速电流调节器输入输出限幅电压**nm im U U ==10V.采用MA TLAB 对双闭环系统进行仿真，绘制直流调速系统仿真框图，仿真得出启动转速，起动电流，直流电压Ud ，ASR,ACR 输出电压的波形。
并对结果进行分析。
直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。
本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。
然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink 对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。
在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。
对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。
采用MATLAB 软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK 进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。
一、双闭环直流调速系统的工作原理1、双闭环直流调速系统的介绍双闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。
PWM直流调速系统设计解析
PWM直流调速系统设计解析PWM（脉宽调制）是一种控制电路的技术，通过改变信号的脉冲宽度来控制输出电压的大小。
PWM直流调速系统是基于PWM技术设计的一种调速系统，可以用于直流电机的精确调速控制。
1.控制电路的设计：控制电路主要负责生成PWM信号，以及对输入信号进行放大和滤波。
PWM信号的产生通常采用计数器和比较器的组合，根据设定的频率和占空比来生成PWM信号。
放大和滤波电路可以使用运算放大器和滤波器来实现。
2.电源电路的设计：电源电路负责为PWM调速器提供稳定的电源电压。
通常采用交流输入，通过整流和滤波电路转换为直流电压。
电源电路还需要考虑过流和过压保护，以及稳压和滤波功能。
3.电机驱动电路的设计：电机驱动电路用于控制电机的转速和转向。
常见的驱动电路有单向驱动和双向驱动两种。
单向驱动适用于只需控制电机转速的情况，双向驱动适用于需要控制电机转向的情况。
驱动电路中通常包含功率开关和保护电路，用于保护电机和驱动电路。
4.速度反馈回路的设计：速度反馈回路用于监测电机的实际转速，并将转速信号反馈给PWM调速器进行闭环控制。
常见的速度反馈装置有编码器、霍尔传感器和反电动势等。
回路还需要进行滤波和放大，以保证准确的速度反馈。
5.控制算法的设计：控制算法是PWM直流调速系统的核心。
常用的控制算法有比例控制、积分控制和微分控制等。
根据实际情况，可以选择不同的控制算法来实现精确的调速效果。
控制算法还需要考虑响应时间、稳定性和抗干扰性等因素。
6.控制参数的调试和优化：调试和优化是PWM直流调速系统设计的最后一步。
通过实际测试和参数调整，可以不断优化控制系统的性能。
常见的调试和优化方法有自整定、试错法和优化算法等。
总之，PWM直流调速系统设计需要综合考虑控制电路、电源电路、驱动电路、速度反馈回路、控制算法以及参数调试和优化等多个因素。
通过合理的设计和调试，可以实现对直流电机精确的调速控制，广泛应用于工业自动化、机械设备和交通运输等领域。
PWM脉宽直流调速系统设计
PWM脉宽直流调速系统设计1.系统框图设计PWM脉宽直流调速系统主要由三部分组成：电源模块、控制模块和驱动模块。
电源模块负责为系统提供稳定的直流电源，控制模块负责根据设定的参数控制驱动模块的输出，驱动模块负责将控制信号转换成适合直流电机的驱动信号。
系统框图如下所示：```+-------------+Control signa------------->， Controlmodul+-------------+PWM signa+-------------+Power supply------------->， Powermodul+-------------+DC voltag+-------------+PWM signal------------->， Drivemodul+-------------+DC motor```2.电源模块设计电源模块的目标是提供稳定的直流电源。
常见的设计是使用整流电路将交流电转换为直流电，然后通过滤波电路去除纹波，最后使用稳压电路提供稳定的直流电压。
3.控制模块设计控制模块的目标是将输入的调速信号转换为合适的占空比控制信号。
通常使用微控制器或FPGA来实现，通过编程来实现对占空比的控制。
控制模块需要接收输入的设定转速信号，并根据反馈信号进行闭环控制。
4.驱动模块设计驱动模块的目标是将控制信号转换为适合直流电机的驱动信号。
在PWM调速系统中，常见的驱动模块是H桥驱动器。
H桥驱动器可根据输入信号的极性和占空比，选择合适的电平输出。
驱动模块还需要保证输出的电压和电流能满足直流电机的工作要求。
5.系统控制策略选择综上所述，PWM脉宽直流调速系统的设计包括系统框图设计、电源模块设计、控制模块设计和驱动模块设计。
设计时需要合理选择控制策略，并根据具体应用场景确定系统的参数和性能要求。
随着技术的不断发展，PWM脉宽直流调速系统的控制精度和响应速度也在不断提高，使其在工业控制和自动化领域中得到广泛应用。
PWM直流脉宽调速系统 调节器设计(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】目录1 引言 (1)2 设计方案的确定及设计所需设备仪器 (2)2.1 设计方案 (2)2.1.1 机械负载参数 (2)2.1.2 主电源参数他励直流电动机的参数 (2)2.2 所需设备 (2)3 调节器的电路设计 (4)3.1 电流调节器 (4)3.2 转速调节器 (6)4 其他电路设计原理 (10)4.1 主电路的设计 (10)4.2 SG3525的设计 (11)4.3 保护电路的设计 (13)5 课程设计实验结果 (14)5.1 PWM控制器SG3525性能测试 (14)5.2 开环系统测试 (14)5.3 闭环系统测试 (15)总结 (19)参考文献 (20)1 引言直流调速理论基础是经典控制理论，不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性，高智能化特点。
同时直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。
单闭环直速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足，快速性还不够好。
而基于电流和转的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。
而且，直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。
直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。
本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。
长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。
本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环2 设计方案的确定及设计所需设备仪器自动控制系统的设计一般要经历从“机械负载的调速性能（动、静）→电机参数→主电路→控制方案”（系统方案的确定）→“系统设计→仿真研究→参数整定→直到理论实现要求→硬件设计→制版、焊接、调试”等过程，其中系统方案的确定至关重要[3]。
PWM脉宽直流调速系统设计课程设计
直流电机调速原理
直流电机 调速原理： 通过改变 电枢电压 或励磁电 流来改变 电机转速
直流电机 调速方式： 电枢电压 调速、励 磁电流调 速、电枢 电阻调速
电枢电压 调速：通 过改变电 枢电压来 改变电机 转速，适 用于恒转 矩负载
励磁电流 调速：通 过改变励 磁电流来 改变电机 转速，适 用于恒功 率负载
稳定性分析步 骤：确定系统 模型、分析系 统稳定性、优
化系统设计
可靠性分析
稳定性：系统在运 行过程中是否稳定， 是否会出现波动或 异常
准确性：系统输出 的信号是否准确， 是否符合设计要求
抗干扰能力：系统 在受到外部干扰时， 是否能够保持稳定 运行
故障诊断与处理： 系统出现故障时， 是否能够快速诊断 并处理，保证系统 正常运行
功率模块设计
功率模块类型： IGBT、
MOSFET等
功率模块选择： 根据系统需求 选择合适的功
率模块
功率模块参数： 电压、电流、
频率等
功率模块布局： 考虑散热、电 磁干扰等因素 进行布局设计
控制模块设计
控制模块组成：包括微处理 器、存储器、输入输出接口 等
控制模块功能：实现对电机 转速、电流、电压等参数的 控制
感谢观看
汇报人：
高效化、节能化。
发展趋势与展望
应用领域：广泛应用于工业自动 化、智能家居、电动汽车等领域
市场前景：随着科技的发展，市 场需求不断增长
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
技术发展趋势：智能化、网络化、 集成化
挑战与机遇：面临技术瓶颈、市 场竞争等挑战，同时也存在巨大 的发展机遇
技术创新与挑战
技术创新： PWM脉 宽直流调 速系统在 工业自动 化、电动 汽车等领 域的应用
毕业设计(论文)-基于pwm控制直流调速系统的设计[管理资料]
基于PWM控制直流调速系统的设计摘要:本文基于PWM的双闭环直流调速系统进行了研究，并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。
首先描述了变频器的发展历程，提出了PWM调速方法的优势，指出了未来PWM调速方法的发展前景，点出了研究PWM调速方法的意义。
应用于直流电机的调速方式很多，其中以PWM变频调速方式应用最为广泛，而PWM变频器中，H型PWM变频器性能尤为突出，作为本次设计的基础理论，本文将对PWM的理论进行详细论述。
在此基础上，本文将做出SG3525单片机控制的H型PWM变频调速系统的整体设计，然后对各个部分分别进行论证，力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。
关键词：直流调速；双闭环；PWM ；SG3525 ；直流电机引言：目前，随着大功率电力电子器件的迅速发展，交流变频调速技术已日臻成熟并日渐成为实际应用的主流，但这并不意味着传统的直流调速技术已经完全退出了实际应用的舞台。
相反，近几年交流变频调速在控制精度的提高上遇到了瓶颈，于是直流调速的优势就显现了出来。
直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。
譬如在对控制精度有较高要求的造纸，转台，轮机定位等系统中仍离不开直流调速装置，因此加强对直流调速系统的研究还是很有必要的。
鉴于直流调速系统在国民经济和工农业生产以及国防事业中的重要作用，有必要对直流调速系统作进一步的研究和开发。
1 系统设计的技术要求1)直流电动机：型号：DJ15功率：485W电枢电压：220V电枢电流：额定转数：1600rpm2)调速范围：1-12003)起动时超调量：电流超调量:%5≤i σ；转速超调量: %5≤n σ2 系统设计的整体结构3系统设计PWM 系统的优越性 ：2） 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
3） 低速性能好，稳速精度高，调速范围广，可达到1：10000左右。
4） 如果可以与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
直流电机数字脉宽调速实验系统的研究与设计
路， 有 以下优点 ： （ １ ） 大量模拟器件或专用集成 电路 组 成 的硬 件工 作 可 以直接 由软 件 取代 实 现 ， 简 化 了 电路 ， 操作维护简单 ， 可以大幅度降低系统的功耗和 维护成本 ； （ ２ ） 当今各种先进的控制算法和策略的应 用 实 现成 为可 能并 变 得较 为简 单 ， 可 以灵活 运 用各 种控制方案 ， 提高性能和增强功能 ； （ ３ ） 灵活性和适 应 性好 ， 通用 移植性 强 ， 只需升级 更新 软件 ； 四、 温漂 效应低 ， 无零点漂移 ， 抗扰能力强 ， 稳定性好 ， 控制精 度高［ １ 。正 是基 于上 述考虑 ， 本 研究 基 于此实 验 台， 进 行 了实验 改进 、 发展 与创 新 。 １ 主 要研究 内容 在 全面熟 悉 Ｅ Ｌ ． ＤＳ ． Ｉ Ｉ Ｉ 型 电 气 控 制 综 合 实 验 台， 以模拟分离器件和专用集成芯片构成控制器的 直 流 电机 Ｐ ＷＭ 脉宽 调速 系统 的基 础上 ，并 拟定实 验方案 测定 了转速 、 电流双 闭环模 拟 Ｐ Ｉ 调节 器参数 后， 结合 此 系统设计 原理并 保 留该系 统主 电源 电路 、 变换 器 电路 等被控 制 电路 和 执行 机 构 ， 以计 算 机技 术最新发展成果——美国德州仪器（ Ｔ Ｉ ） 公司推出的 最 佳测 控应 用 的定点数 字信 号处 理器 （ Ｄｓ Ｐ ） Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ０ ０ ０系列 Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２为核 心控 制处 理 器， 代替 Ｅ Ｌ ． Ｄ Ｓ — Ｉ Ｉ Ｉ 型实验台传统模拟控制器电路 ， 设 计 了 一 个 直 流 电机 转 速 、 电 流 双 闭 环 数 字 化 Ｐ ＷＭ 脉宽 调 速实 验 系统 ， 实现 了速度 给定 、 速 度 实 时测 量 、 速 度实时 显示 和转 向控制及 空载 和带 负载 、 抗扰 运行 的各项 动静态 特性 的最佳 控制 。 ２ 实验 系统 技术 方案 在控制策略方面 ， 实验教学中， 广泛使用的是 电 机拖 动 自动 控制 理论 。其 中 阐述过 ， 若 采 用转 速 负 反馈和 Ｐ Ｉ 调 节 器 的单 闭环 调 速 系统 尽 管 能在 维 持 系统稳定的基础上达 到无静差转速 ， 但是如果在要 求快速启动制动 、 突加突卸负载动态转速变化较大 等对系统的动态性能要求较高的场合 ， 单闭环调速 系统则不能符合需要 ， 原因在于在单闭环调速系统 中， 动态过程的电流或转矩不能全部根据需要来进 行 控制 。在单 闭环 系 统 中 ， 控 制 电流 只依 赖 电流截 止负反馈环节 ， 但它只有在大于电流临界值之后 ， 通
电机拖动课程设计论文—直流电动机PWM脉宽调速系统设计
《电机与拖动》综合实践指导老师： xxx年级专业 12 自动化 x 班姓名学号 xxxxxx 2012xxxxxx 20122015 年 6 月 27 日题目及要求设计题目：直流电动机PWM脉宽调速系统设计设计内容：1、PWM产生电路；2、直流电机驱动电路；3、直流电机实现正转、反转、加速、减速、制动的功能；4、转速测量及显示电路；5、控制电路及软件设计；设计要求：1、直流电机的调速有单象限，二象限和四象限三种工作形式。
要求选择四象限工作形式进行设计；2、选用额定电压为12V，额定电流为1A的他励直流电动机作为调速对象。
要求进行调速实验；3、画出电动机正反转电动状态、能耗制动、反接制动、改变电枢电压调速机械特性图；目录1.系统设计方案 (4)方案一：PWM波调速 (4)方案二：晶闸管调速 (4)方案确定 (4)2.系统硬件设计 (4)2.1 系统硬件电路图 (4)系统总电路图 (4)电源电路 (5)驱动电路 (6)转速测量及显示电路 (8)按键控制电路 (9)元器件选择及清单： (10)3. 系统四象限运行原理 (10)4.系统软件设计 (12)主程序设计 (12)4.2 中断服务程序设计 (12)5．系统仿真 (13)6.实验与调试 (15)7.结论与总结 (15)参考文献 (16)附录程序 (16)1.1方案一：PWM 波调速采用由达林顿管组成的H 型PWM 电路。
用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。
这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM 调速技术。
我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM 脉冲的软件实现上比较方便。
且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。
同时，L298是基于H 桥电路的数字集成IC ，采用L298可使驱动电路变得更加简单可靠。
直流脉宽PWM调速系统课程设计
双闭环可逆直流脉宽PWM 调速系统设计1. 引言转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、应用最广的直流调速系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差.本设计是以直流PWM 控制调速系统进行调速，采用转速调节器ASR 、以及电流调节器ACR 并用PI 调节器进行校正,对反馈信号进行采集，处理起到无静差效果。
用25LJPF40电力二极管进行整流，以及滤波,通过驱动电路的作用将控制电路输出的PWM 信号得到IGBT 可靠的导通和关断，并用霍尔传感器对电流取样进而反馈至电流调节器，系统同时设有过流保护，为此达到双闭环可逆调速。
2. 系统设计参数2.1 设计内容和数据资料某直流电动机拖动的机械装置系统。
主电动机技术数据为：V U N 48=,A I N 7.3=，min 200r n N =,Ω=5.6a R ，电枢回路总电阻Ω=8R ，电枢回路电磁时间常数ms T l 5=,机电时间常数ms T m 200=，电源电压V U s 60=，给定值和ASR 、ACR 的输出限幅值均为V 10，电流反馈系数A V 33.1=β,转速反馈系数r V m in 05.0•=α，电动势转速比 r V C e min 18.0•=，Ks=4.8，Ts=0。
4ms ，试对该系统进行初步设计。
2。
2 技术指标要求电动机能够实现可逆运行。
要求静态无静差。
动态过渡过程时间s T s 1.0≤，电流超调量%5%≤i σ,空载起动到额定转速时的转速超调量%10%≤n σ.3。
主电路方案和控制系统确定主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。
主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器.其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD 和PWM变换器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘要以电力电子学和电机调速技术为基础，本文设计了一种基于直流脉宽调速控制技术的直流电机调速系统。
为了得到较好的动静态性能，该控制系统采用了双闭环控制，同时速度调节器和电流调节器都选用PI调节器。
设计的调速系统采用桥式电路作为主电路，采用ASR与ACR作为调节器，触发电路以集成PWM控制器SG3525为核心,保护电路以过流保护为主。
这种系统在40年代广泛应用，但是它的缺点是占地大，效率低，运行费用昂贵，维护不方便等，特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机。
为了克服这些缺点，50年代开始使用水银整流器作为可控变流装置。
这种系统缺点也很明显，主要是污染环境，危害人体健康。
50年代末晶闸管出现，晶闸管变流技术日益成熟，使直流调速系统更加完善。
晶闸管－电动机调速系统已经成为当今主要的直流调速系统，广泛应用于世界各国。
关键字：ASR；ACR；调速系统；直流调速器；SG3525目录绪论 (1)1 简要介绍及设计方案 (2)1.1 PWM简介 (2)1.2 直流调速系统的方案设计 (2)1.2.1 设计已知参数 (2)1.2.2 设计指标 (3)1.2.3 设计内容 (3)1.2.4 现行方案的讨论与比较 (3)1.2.5 选择IGBT的H桥型主电路的理由 (4)1.2.6 采用转速电流双闭环的理由 (4)2 直流脉宽调速系统主电路设计 (5)2.1 主电路结构设计 (5)2.2 参数设计 (6)3 直流脉宽调速系统调节器设计 (8)3.1 转速、电流双闭环设计 (8)3.2 电流调节器设计 (9)3.2.1 确定时间常数 (9)3.2.2 选择电流调节其结构 (9)3.2.3 计算电流调节其参数 (10)3.2.4 校验近似条件 (10)3.2.5 计算调节其电阻和电容 (11)3.3 转速调节器设计 (11)3.3.1 确定时间常数 (11)3.3.2 选择转速调节器结构 (12)3.3.3 计算转速调节其参数 (12)3.3.4 检验近似条件 (12)3.3.5 计算调节器电阻和电容 (13)3.3.6 校核转速超调量 (13)3.4 转速反馈调节器、电流反馈调节器的整定 (14)4 触发电路 (15)5 保护电路 (17)5.1 整流电路中的保护电路 (17)5.2 PWM电路中的保护电路 (17)5.2.1 主电路中的熔断器负责过流保护 (17)5.2.2 缓冲电路 (18)5.3 反馈及保护电路设计 (18)5.3.1 转速检测装置选择 (18)5.3.2 电流检测单元 (19)6 调试 (20)6.1 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 (20)6.1.1 实验内容 (20)6.1.2 实验系统组成和工作原理 (20)6.1.3 实验方法 (20)6.2 双闭环可逆直流脉宽调速系统性能测试 (24)6.2.1 实验内容 (24)6.2.2 实验系统的组成和工作原理 (24)6.2.3 测试内容 (25)总结 (33)参考文献 (34)附录A (35)绪论在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。
一次是元器件的更新，即以大功率半导体器件晶闸管取代传统的变流机组，以线形组件运算放大器取代电磁放大器件。
后一次技术更新主要是把现代控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器由模拟式进入了数字式。
在前一次技术更新中，电气系统的动态设计仍采用经典控制理论的方法。
而后一次技术更新是设计思想和理论概念上的一个飞跃和质变，电气系统的结构和性能亦随之改观。
在整个电气自动化系统中，电力拖动及调速系统是其中的核心部分。
现代的电力拖动控制系统都是由惯性很小的晶闸管、电力晶体管或其他电力电子器件以及集成电路调节器等组成的。
经过合理的简化处理，整个系统一般都可以用低阶近似。
而以运算放大器为核心的有源校正网络（调节器），和由R、C等元件构成的无源校正网络相比,又可以实现更为精确的比例、微分、积分控制规律,于是就有可能将各种各样的控制系统简化和近似成少数典型的低阶系统结构。
目前，随着大功率电力电子器件的迅速发展，交流变频调速技术已日臻成熟并日渐成为实际应用的主流，但这并不意味着传统的直流调速技术已经完全退出了实际应用的舞台。
相反，近几年交流变频调速在控制精度的提高上遇到了瓶颈，于是直流调速的优势就显现了出来。
直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。
譬如在对控制精度有较高要求的造纸，转台，轮机定位等系统中仍离不开直流调速装置，因此加强对直流调速系统的研究还是很有必要的。
转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、应用最广的直流调速系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
本设计是以直流PWM控制调速系统进行调速，采用转速调节器ASR、以及电流调节器ACR并用PI 调节器进行校正，对反馈信号进行采集，处理起到无静差效果。
1 简要介绍及设计方案1.1 PWM 简介脉宽调制器UPW 采用美国硅通用公司（Silicon General ）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM 控制器。
由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。
PWM 系统在很多方面具有较大的优越性：（1）PWM 调速系统主电路线路简单，需用的功率器件少。
（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围广，可达到1：10000左右。
（4）如果可以与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。
（6）直流电源采用不可控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
1.2 直流调速系统的方案设计1.2.1 设计已知参数1、拖动设备：直流电动机：W P N 185=，V U N 220=，A I N 1.1=，N r n min /1600=，过载倍数5.1=λ。
2、负载：直流发电机：W P N 100=，V U N 220=，A I N 5.0=，N r n min /1500=。
3、机组：转动惯量22065.0Nm GD =。
1.2.2 设计指标1、D ＝4，稳态时无静差。
2、稳态转速n=1500r/min ，负载电流0.8A 。
3、电流超调量%10≤i σ，空载起动到稳态转速时的转速超调量%10≤n σ。
1.2.3设计内容1、直流脉宽（PWM ）调速系统设计与研究——主电路设计。
2、直流脉宽（PWM ）调速系统设计与研究——调节器设计【ASR ACR 】。
3、直流脉宽（PWM ）调速系统设计与研究——触发电路设计。
4、直流脉宽（PWM ）调速系统设计与研究——保护电路设计。
其中以2为主要研究内容1.2.4 现行方案的讨论与比较直流电动机的调速方法有三种：调节电枢供电电压U 、改变电动机主磁通Φ、改变电枢回路电阻R 。
改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。
弱磁调速范围不大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。
改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有三种：旋转变流机组、静止可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器。
由于旋转变流机组缺点太多，采用汞弧整流器和闸流管这样的静止变流装置来代替旋转变流机组，形成所谓的离子拖动系统。
离子拖动系统克服旋转变流机组的许多缺点，而且缩短了响应时间。
目前，采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统已经成为直流调速系统的主要形式。
1.2.5 选择IGBT的H桥型主电路的理由IGBT的优点：（1）IGBT的开关速度高，开关损耗小。
（2）在相同电压和电流定额的情况下，IGBT的安全工作区比GTR大，而且具有耐脉冲电流冲击的能力。
（3）IGBT的通态压降比VDMOSFET低，特别是在电流较大的区域。
（4）IGBT的输入阻抗高，其输入特性与电力MOSFET类似。
（5）与电力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐压和通流能力还可以进一步提高，同时可保持开关频率高的特点。
在众多PWM变换器实现方法中，又以H型PWM变换器更为多见。
这种电路具备电流连续、电动机四象限运行、无摩擦死区、低速平稳性好等优点。
本次设计以H型PWM直流控制器为主要研究对象。
1.2.6 采用转速电流双闭环的理由同开环控制系统相比，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
由于闭环系统的这些优点因此选用闭环系统。
单闭环速度反馈调速系统，采用PI控制器时，可以保证系统稳态速度误差为零。
但是如果对系统的动态性能要求较高，如果要求快速起制动，突加负载动态速降小等，单闭环系统就难以满足要求。
在要求较高的调速系统中，一般有两个基本要求：一是能够快速启动制动；二是能够快速克服负载、电网等干扰。
通过分析发现，如果要求快速起动，必须使直流电动机在起动过程中输出最大的恒定允许电磁转矩，即最大的恒定允许电枢电流，当电枢电流保持最大允许值时，电动机以恒加速度升速至给定转速，然后电枢电流立即降至负载电流值。
如果要求快速克服电网的干扰，必须对电枢电流进行调节。
2 直流脉宽调速系统主电路设计图2.1直流PWM 传动系统结构图2.1 主电路结构设计直流脉宽调速电路原理图如图2.1所示, 其中直流斩波电路可看成降压型变换器和升压型变换器的串联组合,采用IGBT 作为自关断器件,利用集成脉宽调制控制SG3525 产生的脉宽调制信号作为驱动信号,由两个IGBT 及其反并联的续流二极管组成。
工作工程如下：单相220V 交流电经桥式整流电路，滤波电路变成直流电压加在P 、N 两点间，直流斩波电路上端接P 点，下端接N 点，中点公共端(COM)。
若使COM 端与电机电枢绕组A 端相接，B 端接N ，可使电机正转。
若T2截止，T1周期性地通断，在图2.1 实验原理图T1导通的T。
时间内，形成电流回路P—T1一A—B-N，此时UAB>0，AB>0；在T1截止时由于电感电流不能突变，电流AB经D2续流形成回路为A-B-D2-A，仍有UAB>0，IAB>0，电机工作在正转电动状态(第一象限)，T1，D2构成一个Buck变换器。