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1、摘摘 要要 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。 本调速系统采用半桥型电路作为主电路,它相当于降压斩波电路和升压斩波电路的串联 组合,选用全控型器件 IGBT 作开关器件。控制电路以集成 PWM 控制器 SG3525 为核心,3525 输出的脉宽调制信号经 LM1413 放大后作为 IGBT 的驱动信号。实验证明本调试系统直流电压 大小调节和电机可逆运行的实现非常方便，并具有较硬的静特性和机械特性。 关键词关键词: : 升/降压斩波电路；
2、SG3525；直流脉宽调速 Abstract On the basis of Power Electronic and electric motor speed adjusting technology, the calibrator designs a speed adjusting system in which Pulse Width Modulation (PWM) controlling technology is used to control D.C. motor. Dual closed loop controlling technic is alse adopted so t
3、hat the sysetem has satisfactory steady-state and dynamic characters. The system uses single chip micro computer as an auxiliary unit. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) is selected as power semiconductor on-off element in the system The thesis explains the principle of PWM controlling. The sp
4、ecial integrated PWM controller-SG3525 which can help us realize PWM control easily is elaborated , this chips internal structure and its peripheral circuit are analyzed, and its applying example in this system is given. Key words: Boost/Buck chopper；SG3525；DC Pulse Width speed control 目录目录 摘要摘要.III
5、 ABSTRACT.IV 第第 1 章章引言.1 1.1 直流拖动系统1 12 调速系统的性能指标 1 1.3 课题来源2 1.4 文献综述3 1.5直流电机参数.5 第第 2 2 章章 PWMPWM 直流调速系统总体介绍与主电路原理直流调速系统总体介绍与主电路原理 .6 2.1 电路组成及系统分析 6 2.2 主电路工作原理 6 2.3 主电路的组成8 第第 3 3 章章 PWMPWM 控制电路控制电路 .10 31 PWM 基本原理 10 32 PWM 的理论基础 11 33 PWM 实现方法12 34 直流电机的 PWM 控制技术 13 第第 4 4 章章 转速调节器和电流调节器的设计转
6、速调节器和电流调节器的设计 .18 4.1 PID 调节器的基本原理18 4.2 速度调节器 ASR19 4.3 电流调节器 ACR20 4.4 触发输入及保护装置（CSR）21 4.5 PWM 波形发生器24 4.6 电流检测24 4.7 给定单元24 致谢致谢 .25 参考文献参考文献 .26 第第1 1章章 引言引言 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
7、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。如果
8、事先对这些典型系统作比较深入的研究,把它们的 开环对数频率特性当作预期的特性,弄清楚它们的参数和系统性能指标的关系,写成简单的公 式或制成简明的图表,则在设计实际系统时,只要能把它校正或简化成典型系统的形式,就可 以利用现成的公式和图表来进行参数计算,这样,就建立了工程设计方法的可能性。 1.11.1 直流拖动系统直流拖动系统 直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系可表示为 式中 n转速（r/min）；U电枢电压 （V）；I电枢电流 （A）；R电 枢回路总电阻（ ）；励磁磁通（wb）；Ke由电机结构决定的电动势常数。 由上式可以看出，调节电动机的转速有三种方法： 1）调节电枢供电电压 U:即保
9、持 R 和 不变，通过调节 U 来调节 n，是一种大范围无级调速方 式。 2）减弱励磁磁通:即保持 和 U 不变，通过减少 来升高 n，是一种小范围无级调速方式。 3）改变电枢回路电阻 R:即保持 U 和 不变，通过调节 R 来调节 n，是一种大范围有级调速方 式。 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。 改变电阻只能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大。 1.21.2 调速系统的性能指标调速系统的性能指标 1.稳态性能指标 1)调速范围 生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫调速范围，用字母 D 表示 ， 即 其中和 一般都
10、指电动机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨 床，也可用实际负载时的转速。在直流电机调压调速系统中，常以电动机的额定转速为 最高转速 。 2)静差率 当系统在某一转速下运行时负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落 n，与理想空载转速 n 之比，称作静差率，即 显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化下的稳定度的。它和机械特性的硬度有关， 特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。然而，静差率和机械特性硬度又是有区别的。 静差率不仅与转速降落有关，还与理想空载转速的大小有关 。 2.动态性能指标 调速系统的动态性能指标包括跟随性能指标和抗扰性能指标两类。 1) 跟随性能指标
11、在给定信号(或称参考输人信号)R (t)的作用下，系统输出量 C(t)的变化可用跟随性能指标 来描述 通常使用阶跃响应性能指标，即以输出量的初始值为零，给定信号阶跃变化下的过渡过程为 典型的跟随过程。一般希望在阶跃响应中输出量 C(t)与其稳态值 的偏差越小越好，达 到 C 的时间越快越好。具体的指标有下列几项: (1)上升时间 在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值 C 所经过的时间称为上升时间。它表示动态响应的快速性。 (2)超调量 在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量超出稳态值的最大偏离量与稳 态值之比，用百分数表示，叫做超调量 : 超调量反映系统的相对稳定性。超调量越
12、小，则相对稳定性越好，即动态响应比较平稳。 (3)调节时间 t, 调节时间又称过渡过程时间，它衡量系统整个调节过程的快慢。定义为从加输人量的时刻起， 到输出量进人其稳态值的误差带(一般取 5%或 2%)，响应曲线达到且不再超出该误差带所需 的最短时间。 2) 抗扰性能指标 稳定的调速系统在运行中，如果受到扰动，经历一段动态过程后，能达到新的稳态，除了稳 态误差以外，在动态过程中输出量变化有多少?在多长的时间内能恢复稳定运行?这些问题标 志着调速系统的抗扰能力。一般以系统稳定运行中突加一个使输出量降低的负扰动 N 以后 的过渡过程作为典型的抗扰过程。 1.31.3 课题来源课题来源 目前，直流调速技术的研究和应用已达到比较成熟的
