直流斩波器PWM控制方式
直流电机PWM控制系统设计
0 前言在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用，无论在工业农业生产、交通运输、国防航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器，都在大量地使用着各式各样的电动机。
据资料统计，现在有的90%以上的动力源来自于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分。
随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电动机控制向更复杂的控制发展。
直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转,能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。
直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。
直流电机的数字控制是直流电动机控制的发展趋势，用单片机的数字控制的发展趋势,用单片机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。
由于电网相控变流器供电的直流电机调速系统能够引起电网波形畸变、降低电网功率因数，除此之外，该系统还有体积大、价格高、电压电流脉动频率低、有噪声等缺点。
而采用直流电动机的PWM调速控制系统可以克服电网相控调速系统的上述诸多缺点。
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果。
正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。
电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。
功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动控制方法能够得到实现，脉宽调制控制方法（PWM和SPWM）,变频技术在直流调速和交流调速中获得广泛的应用。
直流伺服调速之pwm斩波技术
在数控机床的直流伺服系统中，速度调节主要通过改变电枢电压的大小来实现。
经常采用晶闸管相控整流调速或大功率晶体管脉宽调制调速两种方法，后者简称PWM，常见于中小功率系统，它采用脉冲宽度调制技术，其工作原理是：通过改变“接通脉冲”的宽度，使直流电机电枢上的电压的“占空比”改变，从而改变电枢电压的平均值，控制电机的转速。
PWM 调速系统具有以下特点：1．主电路简单，所用功率元件少，且工作于开关状态，因此电路的导通损耗小，装置效率比较高；2．开关频率高，可避开机床的共振区，工作平稳；3．采用功率较小的低惯量电机时，具有高的定位速度和精度；4．低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；5．系统频带宽，动态响应好，抗干扰能力强。
常见的PWM 驱动系统的主电路（功率放大器）结构有：H 型和T 型，下面介绍双极式H 型PWM 驱动的电路工作原理。
图1-2-2-1图1-2-2-1 中，VD1，VD2，VD3，VD4 为续流二极管，用来保护VT1，VT2，VT3，VT4 三极管，图中Ub1=Ub4=－Ub2=－Ub3。
当Ub1=Ub4 为正时，VT1 和VT4 导通，VT2 和VT3 截止，UAB 的电压=US；当Ub2=Ub3 为正时，VT1 和VT4 截止，但VT2 和VT3 不能立即导通，因为电机的反电势使AB 存在续流，续流流经VD3 和VD2，保护了四个三极管，若续流在这个过程没有得到很大衰减，而Ub1=Ub4 为正的阶段已经来临，则VT2 和VT3 没有导通的时候；若续流在这个过程得到很大衰减，则VT2 和VT3 导通，UAB 的电压=－US。
显然，Ub1=Ub4 为正的时间和Ub2=Ub3 为正的时间相同时，UAB 的平均值=0，电机动态静止；Ub1=Ub4 为正的时间长于Ub2=Ub3 为正的时间时，UAB 的平均值>0，电机正转UAB的值越大，转速越高；Ub1=Ub4 为正的时间短于Ub2=Ub3 为正的时间时，UAB 的平均值<0，电机反转，UAB 的值越小，转速越高。
pwm直流电机控制原理
pwm直流电机控制原理
PWM（脉宽调制）是一种控制技术，可以用于控制直流电机的转速和方向。
它通过改变信号的脉冲宽度来控制电机驱动电压的大小。
在PWM控制中，周期性地产生一个固定频率的方波信号，即PWM信号。
这个信号的高电平时间（脉冲宽度）可以根据需要进行调整。
脉冲宽度越长，电机接收到的驱动电压就越高，转速也会相应增加。
脉冲宽度越短，则驱动电压越低，转速也会减小。
PWM信号的周期必须远远小于电机的机械响应时间，以确保控制的稳定性。
频率一般设定在几千赫兹到几十千赫兹之间，以避免电机产生噪音。
脉冲宽度的调整则通过改变占空比（高电平时间与周期的比值）来实现。
在具体的实现中，通常使用微控制器或专用的PWM控制器来产生PWM信号。
通过改变占空比的值，控制电机的转速。
例如，当占空比为50%时，电机接收到的驱动电压为平均值的一半，电机转速为额定转速的一半；当占空比为100%时，电机接收到的驱动电压为最大值，电机转速为最大转速。
为了实现方向控制，可以使用H桥电路。
H桥电路可以控制电流的方向，从而改变电机的转向。
通过控制H桥的开关状态，可以将电机正反转。
综上所述，PWM控制技术通过改变信号的脉冲宽度来控制直
流电机的转速和方向。
通过微调占空比的值，可以精确控制电机的转速，并利用H桥电路控制电机的转向。
开关电源PWM的五种反馈控制模式
一、引言PWM开关稳压或稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。
PWM的开关频率一般为恒定，控制取样信号有：输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。
由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统，实现稳压、稳流及恒定功率的目的，同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁、均流等功能。
对于定频调宽的PWM闭环反馈控制系统，主要有五种PWM反馈控制模式。
下面以VDMOS开关器件构成的稳压正激型降压斩波器为例说明五种PWM反馈控制模式的发展过程、基本工作原理、详细电路原理示意图、波形、特点及应用要点，以利于选择应用及仿真建模研究。
二、开关电源PWM的五种反馈控制模式1. 电压模式控制PWM (VOLTAGE-MODE CONTROL PWM)：如图1所示为BUCK降压斩波器的电压模式控制PWM反馈系统原理图。
电压模式控制PWM是六十年代后期开关稳压电源刚刚开始发展起就采用的第一种控制方法。
该方法与一些必要的过电流保护电路相结合，至今仍然在工业界很好地被广泛应用。
电压模式控制只有一个电压反馈闭环，采用脉冲宽度调制法，即将电压误差放大器采样放大的慢变化的直流信号与恒定频率的三角波上斜波相比较，通过脉冲宽度调制原理，得到当时的脉冲宽度，见图1A中波形所示。
逐个脉冲的限流保护电路必须另外附加。
主要缺点是暂态响应慢。
当输入电压突然变小或负载阻抗突然变小时，因为有较大的输出电容C及电感L相移延时作用，输出电压的变小也延时滞后，输出电压变小的信息还要经过电压误差放大器的补偿电路延时滞后，才能传至PWM比较器将脉宽展宽。
这两个延时滞后作用是暂态响应慢的主要原因。
图1A电压误差运算放大器（E/A）的作用有三：①将输出电压与给定电压的差值进行放大及反馈，保证稳态时的稳压精度。
1-3 直流电动机的脉宽调制(PWM)调速
若VT1关断时间长，在t=t2时，电枢电流ia衰减 到零，那么在电动机内电势Ea的作用下，VT2导通， 电枢电流ia 将沿着相反的方向从B点流入A点，电机 进入能耗制动。通过控制VT2的时间间隔可以控制电 机的制动转矩 注意：在VT1重新导通之间，必须先关闭VT2， 让电枢电流经过VD1续流，电机短时进入再生制动状 态，否则在VT2还没有完全关断之前就让VT1导通， 电源经过VT2、VT1直接短路，损坏开关元件。
1、单极性脉宽调制方式 系统输出电压UA的极性是通过一个控制电压Uc 来改变的。 Uc为正，VT1与VT2交替导通，VT4一直导通， VT3关断，此时，B点总是为正，A点总是为负 Uc为负，VT3与VT4交替导通，VT2一直导通， VT1关断，此时，B点总是为负，A点总是为正
工作原理： Uc为正时 0<t<t1时，VT1导通，VT2关断，若Us>Ea， 电枢电流经VT1、VT4从B流到A，电机处在电动 机状态。 在t1<t<T时，VT1关闭，VD2与VT4续流，电枢 电流方向不变，电机仍处在电动机状态。 若在t1<t<T期间的某一时刻t2电枢电流衰减到 零，那么在t2<t<T期间，Ea使VT2导通，电枢电 流反向，经VT2、VD4从A流到B，电机进入能耗 制动状态 若Ea>Us，在VT2关断期间，电枢电流经VD1 和VD4输回电网，电机作再生制动 Uc为负时，原理与此类似，电机反向
如果电流连续，则电机始终处于电动状态 若在t1<t<T期间的某一时刻t2电枢电流衰减到 零，那么在t2<t<T期间，Us和Ea共同作用，使 VT2、VT3导通，电枢电流反向，经VT2、VT3从A 流到B，电机进入反接制动状态 在VT1、VT4再次导通之前，必须关断VT2、 VT3，电枢电流VD1、VD4续流，电机进入再生制 动
双绕组无刷直流电机倍频斩波控制电路及绕组切换方法
双绕组无刷直流电机倍频斩波控制电路及绕组切换方法双绕组无刷直流电机倍频斩波控制电路是一种用于驱动无刷直流电机的电路，它能够实现高效能的电机控制，并且可以减少功率损耗和电机噪音。
本文将介绍双绕组无刷直流电机倍频斩波控制电路的工作原理以及绕组切换方法。
双绕组无刷直流电机倍频斩波控制电路的工作原理如下：电机的两个绕组分别连到桥式无刷电动机驱动电路的两个输出管脚上，通过交替对两个绕组斩波来驱动电机。
控制器通过PWM信号控制桥式无刷电动机驱动电路的开关管脚，以实现对电机的控制。
在传统的斩波控制中，输出电压是根据输入PWM信号的占空比和频率来控制的，但是在倍频斩波控制中，输出电压的频率是输入PWM信号频率的倍数，并且输出电压的占空比也得到了显著的增加。
这样可以使电机得到更高的电压和更高的频率，从而提高电机的转速和输出功率。
绕组切换方法是指控制器如何实现对两个绕组的交替斩波。
在倍频斩波控制中，通常使用两个开关频率相同但占空比不同的PWM信号来控制两个绕组。
当一个绕组的开关管脚导通时，另一个绕组的开关管脚关闭，这样就能够实现对两个绕组的交替控制。
同时，在切换过程中，需要注意合理的过渡时间，以避免电机出现过大的电流和电压冲击。
绕组切换方法还可以根据电机的实际工作情况进行优化。
例如，在电机负载较大时，可以根据电机的转速和转矩需求来动态调整绕组切换的频率和占空比，从而实现更有效的电机控制。
此外，还可以根据电机的温度和工作时间来调整绕组切换的方式，以实现更好的电机性能和长寿命。
总结起来，双绕组无刷直流电机倍频斩波控制电路是一种高效能的电机控制方法，可以使电机获得更高的电压和更高的频率，提高转速和输出功率。
绕组切换方法是实现双绕组斩波控制的关键，可以根据电机的实际工作情况进行优化，从而实现更好的电机性能和长寿命。
直流斩波器PWM控制方式
V直流斩波器(D.C. Choppe r)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器(DC to DC Conver ter)已被广泛使用，如直流电机之速度控制、交换式电源供应器(Switch ing-Power-Supply)等。
直流斩波是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为DC/DC变换。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts（周期）不变，改变Ton（通用，Ton为开关每次接通的时间），二是频率调制方式，Ton不变，改变Ts（易产生干扰）。
其具体的电路由以下几类：1、Buck电路：降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压U i，输出电压与输入电压极性相同。
2、Boost电路：升压斩波器，其输出平均电压Uo大于输入电压U i，输出电压与输入电压极性相同3、Buck-Boost电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电感传输。
4、Cuk电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电容传输。
用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。
直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种EC I软开关D C/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm^3，效率为(80-90)%。
日本NemicL ambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为(200-300)kHz，功率密度已达到27W/cm^3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管)，是整个电路效率提高到90%。
运动控制系统考试题库(中南大学)
电力拖动自动控制系统复习题一、填空题1. 直流调速系统用的可控直流电源有: 旋转变流机组（G—M系统) 、静止可控整流器（V-M统）、直流斩波器和脉宽调制变换器(PWM）.2. 转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制和转速超调。
3。
交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电流控制三种.4。
变频器从结构上看,可分为交交变频、交直交变频两类，从变频电源性质看，可分为电流型、电压型两类。
5。
相异步电动机的数学模型包括：电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。
6。
异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
7. 常见的调速系统中，在基速以下按恒转矩调速方式，在基速以上按恒功率调速方式.8. 调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率.9. 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定.10。
VVVF控制是指逆变器输出电压和频率可变的控制11、转速、电流双闭环调速系统当中,两个调节器采用串级联接，其中转速反馈极性为负反馈、电流反馈极性为负反馈.12、直流斩波器的几种常用的控制方法:①T不变，变ton——脉冲宽度调制(PWM）;②ton不变,变T——脉冲频率调制（PFM）；③ton和T都可调，改变占空比—- 混合型。
13、转速、电流双闭环系统，采用PI调节器,稳态运行时,转速n取决于给定电压、ASR的输出量取决于负载电流。
14. 各种电力拖动自动控制系统都是通过控制电动机转速来工作的。
15。
V-M系统中,采用三相整流电路,为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电抗器。
16、在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，通常采用电流截止负反馈。
17、在α＝β配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是直流平均环流，可用串接环流电抗器抑制。
18、采用PI调节器的转速、电流双闭环系统启动时,转速调节器经历不饱和、饱和、退饱和三种状态。
二、选择题1。
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V直流斩波器(D.C. Chopper)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器(DC to DC Converter)已被广泛使用，如直流电机之速度控制、交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等。
直流斩波是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为DC/DC变换。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts（周期）不变，改变Ton（通用，Ton为开关每次接通的时间），二是频率调制方式，Ton不变，改变Ts（易产生干扰）。
其具体的电路由以下几类：
1、Buck电路：降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同。
2、Boost电路：升压斩波器，其输出平均电压Uo大于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同
3、Buck-Boost电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电感传输。
4、Cuk电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电容传输。
用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。
直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm^3，效率为(80-90)%。
日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为(200-300)kHz，功率密度已达到27W/cm^3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管)，是整个电路效率提高到90%。
直流斩波器又称直流调压器，是利用开关器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通断时间的变化来改变负载上的直流电压平均值，将固定电压的直流电源变成平均值可调的直流电源，亦称直流－直流变换器[2]。
它具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，现广泛应用于地铁、电力机车、城市无轨电车以及电瓶搬运车等电力牵引设备的变速拖动中。
直流斩波器的输出电压平均值可以通过改变占空比，即通过改变开关器件导通或关断时间来调节，常用的改变输出平均电压的调制方法有以下三种：
(1)脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)。
开关器件的通断周期T保持不变，只改变器件每次导通的时间，也就是脉冲周期不变，只改变脉冲的宽度，即定频调宽。
(2)脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，简称PFW)。
开关器件每次导通的时间不变，只改变通断周期T或开关频率，也就是只改变开关的关断时间，即定宽调频，称为调频。
(3)两点式控制。
开关器件的通断周期T和导通时间均可变，即调宽调频，亦可称为混合调制。
当负载电流或电压低于某一最小值时，使开关器件导通；当电流或电压高于某一最大值时，使开关器件关断。
导通和关断的时间以及通断周期都是不确定的。
常用的电机驱动电路为桥式斩波器，可控制电机启停、换向、调速等，一般使用的桥式斩波器为四象限运行斩波器[2]。
现在市场上出现了许多微型化的斩波器，专用的电机驱动芯片，内部集成了斩波电路，效率高，具有很好的稳定性。
小型直流电机的驱动已广泛采用这种集成斩波芯片。
如L298N就是一中内部集成H桥式斩波电路的直流电机驱动芯片。
PWM调速系统的优点
(1)采用全控型器件的PWM调速系统，其脉宽调制电路的开关频率高，一般在几kHz，因此系统的频带宽，响应速度快，动态抗扰能力强。
(2)由于开关频率高，仅靠电动机电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，同时电动机的损耗和发热都较小。
(3)PWM控制提高了电动机的运行效率[3]。
PWM系统中，主回路的电力电子器件工作在开关状态，损耗小，装置效率高，而且对交流电网的影响小，没有晶闸管整流器对电网的“污染”，功率因数高，效率高。
(4)主电路所需的功率元件少，线路简单，控制方便。
(5)PWM系统很容易实现智能控制，如在MCS-51单片机或PLC等控
制器的控制下可实现精确的调节可预置参数实现闭环调节。
目前，受到器件容量的限制，PWM直流调速系统只用于中、小功率的系统。
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