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1、目 录 摘 要 .I 1. 绪 论.1 1.1 课题概述 .1 1.2 双闭环直流调速功能.1 1.3 课题的主要任务 .1 2. 原理分析.2 2.1 直流双闭环系统的原理 .2 2.2 双闭环直流调速系统的结构图 .2 2.3 双闭环调速系统优点.3 2.4 转速、电流双闭环控制系统.4 2.5 PWM 变换器介绍 .6 3. 设计电路.12 3.1 PWM（双极式）主电路设计.123.2 双闭环调节器电路设计 .12 3.2.1 电流调节器设计.12 3.2.2 转速调节器设计.13 3.3 IGBT 基极驱动电路原理 .14 3.4 信号产生电路.14 3.5 锯齿波信号产生电路.15
2、 3.6 基于 EXB841 驱动电路设计.16 4. 系统参数的计算.19 4.1 电流调节器的设计.19 4.2 转速调节器的设计.21 5. 利用 MATLAB 建模并对所设计的系统进行仿真.25 5.1 MATLAB 简要介绍.25 5.2 双闭环调速系统仿真模型图.26 总 结.28 参考文献.29双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真 I 双闭环 PWM 双极式直流调速系统的工程设计及仿真摘 要 近年来，交流调速系统发展很快。虽然高性能的交流调速系统已经逐步 取代直流调速系统，然而，直流调速系统不仅在理论上和实践上都比较成熟， 目前还在大量应用。 在当代工业上 PWM 控制调速
3、系统已经被广泛地应用，其优点还是日益 突现，而带有双闭环的调速系统更是受到广泛欢迎。在本次设计中，为了使 调速达到高精度、高准度的要求，我使用了电流调节器和转速调节器，以此 来组成双闭环，电流环为内环，转速环为外环。这样的设计能够达到任务要 求的静态指标和动态指标。特别是把此两环校正为典型型和典型型后的 性能指标更是达到了要求。本次设计中的电流调节器和电压调节器都是使用 PI 调节器，PI 调节器是由运放和各种电子元器件组成的。 关键词 PWM 直流调速 双闭环 双极式 双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真 1 1. 绪 论 1.1 课题概述 在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力
4、传动装置，生产工艺、 产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实 现自动调速。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流电动 机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，易于在大范围内平滑调速，过载 能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁地无级快速启动与制动和反转， 能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，至今在金属切削机 床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的应用，到目前为止 是调速系统的主要形式。 1.2 双闭环直流调速功能 双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流； 该系统可以自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动的影
5、响； 采用双闭环控制提高了系统的阻尼比，因而较之单闭环控制具有更好的 控制特性。 1.3 课题的主要任务 转速调节器及其反馈电路设计； 电流调节器及其反馈电路设计； PWM（双极式）主电路设计；双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真 2 集成触发及驱动电路设计； 利用 MATLAB 建模并对所设计的系统进行仿真研究。双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真 3 2. 原理分析 2.1 直流双闭环系统的原理 ASR（速度调节器）根据速度指令 Un * 和速度反馈 Un 的偏差进行调节， 其输出是电流指令的给定信号 U i * （对于直流电动机来说，控制电枢电流就是 控制电磁转矩，相应的可以
6、调速）。 ACR(电流调节器)根据 U i * 和电流反馈 U i 的偏差进行调节，其输出是 U PE （功率变换器件的）的控制信号 Uc。进而调节 U PE 的输出，即电机的电 枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化，相 应的电磁转矩也跟着变化，由 Te-TL=Jdn/dt，只要 Te 与 TL 不相等转速会相 应的变化。整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变 后，达到稳定。 2.2 双闭环直流调速系统的结构图 直流双闭环调速系统的结构图如图 1所示，转速调节器与电流调节器串 极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出 去控制
7、 PWM 装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法， 把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可 以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真 4 Un * ASR Ui * ACR * Uc Ks Ud0 1 Ce n + _ _ R Id E IdR + _ + 图 1 双闭环调速系统的结构图 2.3 双闭环调速系统优点 一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动 机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转 速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态。 这种理想的起动过程如图 2所示。为实现在约束条件快速起动，关键是要有 一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量， 只要引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程，起动过程中，电 动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中， 要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。采用转速、 电流双闭环控制系统。如图 3所示。参考双闭环的结构图和一些电力电子的 知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图如图 4所示。双闭环PWM双极式直流调速系统的工程及仿真 5 图 2 理想启动过程 M ASR ACR G n
