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1、.摘 要当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。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、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究
2、工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。 关键词：直流可逆调速，数字触发，PWM,数字控制器 AbstractToday,autocontrol sys
3、tems have been widely used and deleloped in every Walk of life,while DC speed regulation as the artery in the area of electric drive systems acts the main effect in modernization production.DC speed regulation is mainly made up of control unite,power unite and DC motor.For a long time,DC motor has p
4、ossessed the main role in the area of electric drive field because of its neatly adjust,easy method and smooth timing in wide rage,also,its control performance is very good. With the rapid development of microcomputer,it is widely used in the control field.This paper reserches reversible DC-PWM timi
5、ng system with a dual-converter and dual-closed-loop.Beginning with the theory of the DC timing system,this article has build up the maths model of the reversible DC-PWM timing system with a dual-converter and dual-closed-loop，discussing a new control method that combines microcomputer with DC-drive
6、.Based on the overall review of control object,the emphasis is put on the part of control system,which includes the discussion of hardware and software,control policy and algorithm,etc.In the hardware,it fully utilizes the advantage of microcomputer that are abundant interface and fast speed so as t
7、o realize the control of the system. This paper analyzes the working principles of the system and some key technical issues of the application based on the IGBT apparatus,which include drive circuit,snubber circuit,protection and controlling the quantity of heat,and so on.In the aspect of microcompu
8、ter control,it has discussed the principle of number touch off、number velocity testing、current/velocity controller、number PWM modulator and presents the hardware/software scheme to achieve it.Keywords:reversible DC timing system,number touch off, Pulse-Width Modulation,number controller目录摘 要1Abstrac
9、t21 引言61.1问题的提出61.2 PWM控制的现状和分类71.3 微机控制电机的发展和现状71.4 电机微机控制系统的特点81.5本课题在实际应用方面的意义和价值92 微机控制双闭环可逆直流PWM调速系统原理设计102.1 系统框图102.2转速、电流双闭环调速系统及其静特性112.2.1 问题的提出112.2.2转速、电流双闭环调速系统的组成122.2.3稳态结构图和静特性122.2.4各变量的稳态工作点和稳态参数计算142.3双闭环脉宽调速系统的动态性能152.3.1动态数学模型152.3.2起动过程分析152.3.3 动态性能和两个调节器的作用172.4电流调节器和转速调节器的设计
10、192.4.1电流调节器的设计192.4.2 转速调节器的设计203 可逆PWM变换器223.1可逆PWM变换器工作原理223.2 PWM控制电路243.2.1 脉宽调速系统的开环机械特性253.2.2 脉宽调制器和PWM变换器的传递函数263.3本章小结264 系统的仿真284.1 Matlab/Simulink简介284.2 Simulink的启动与界面说明284.2.1 启动Simulink284.2.2 Simulink的菜单294.2.3 Simulink的功能模块组294.3 Simulink的仿真过程294.3.1 创建结构图文件294.3.2 结构图程序设计294.3.3 Si
11、mulink仿真的启动与停止304.4 建立仿真模型305 H桥PWM直流可逆调速系统的仿真分析及结果325.1 H桥PWM开环调速系统仿真结果325.2 H桥PWM双闭环调速系统的仿真结果345.3 本章小结356 总结36参考文献37附录A:外文翻译39附录B：中文翻译421 引言1.1问题的提出为什么我们要研究一种由计算机系统控制的PWM直流控制系统？要回答这个问题，首先我们应该系统的论述一下电动机转速控制系统的发展历程及现状。 电动机按电源供应方式来分，可以分为两大类，即直流电动机和交流电动机。两类电动机在调速方面存在着很大差异。直流电动机具有良好的起、制动性，适宜在大范围内平滑调速，
12、在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域得到了广泛应用。即便如此，直流电动机也存在着固有的很多缺点，制约了其应用由于直流电动机使用直流电源，它的碳刷和滑环都要经常更换，这样的拆换工作是费时费力费财的，无疑会加重使用者的负担。因此，人们希望简单可靠低廉的交流电动机也能像直流电动机那样调速。定子调速、变极调速、滑差调速和转子串电阻调速和串极调速等调速方法应运而生，同时，由于技术的成熟，滑差电动机、绕线式电动机、同步式交流电机等随即出现，带来了电机史上的一次飞跃。但是，这些电动机的调速性能仍然不能与直流电动机相比。直到20世纪80年代，变频调速的出现才解决了直流电机调速性能好却费时费力的缺点。那么又
13、是什么促成了变频调速的产生呢？ 电力电子技术、微电子技术和信息技术的产生与发展，直接推动了变频调速系统的产生。由于变频调速具有其他调速方式所不具有的几大特点： 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 变频调速很快为广大
14、电动机用户所接受，成为了一种最受欢迎的调速方法，在一些中小容量的动态高性能系统中更是已经完全取代了其他调速方式。由此可见，变频调速是非常值得自动化工作者去研究的。在变频调速方式中，PWM调速方式尤为大家所重视，这是我们选取它作为研究对象的重要原因。 而在众多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。因此，本次设计以H型PWM直流控制器为主要研究对象。 要研究PWM调速方法，不能不提到微电子技术、电力电子技术和微机控制技术，没有这些技术的支持，我们就只能还是在走前人的老路，被模拟、人工控制的思维所禁锢。在电动机转
15、速控制领域，如果不能有效的引用这些技术，我们很难有所突破，发现问题，进而有所进步。 微机控制技术的发展也就是计算机控制系统的发展历程。它的发展大体可以分为三个阶段：第一个阶段是1965年后的实验阶段，自从1952年计算机被应用于生产过程中后，它应用于生产领域并创造巨大价值的潜力立刻为世人所注意，进而被大面积研究试用起来。1959年，美国得克萨斯州的一家炼油厂成功建成了世界上第一个计算机控制系统，标志着这项技术的发展已经开始。第二个阶段是1965年到1972年间的实用阶段。在这段时间里，计算机控制系统开始从单项工程试验中迈向实用，并且得到了系统的完善。在这一时期，计算机集中控制得到认可。在高度集中控制时，若计算机出现故障，将对整个生产产生严重影响。为了应对这种负面影响，人们采取了多机并用的方案，促进了计算机控制系统的进一步发展。第三个阶段是从1972年至今，在这个阶段才真正出现了微机的概念，以它为核心，
