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1、1目 录摘 要 .2Abstract 31 双闭环直流 PWM-M 可逆调速系统的原理与设计 41.1 系统框图 .41.2 转速、电流双闭环调速系统 .51.4 电流调节器和转速调节器的设计 .81.4.1 电流调节器的设计 81.4.2 转速调节器的设计 .92 可逆 PWM 变换器 .112.1 可逆 PWM 变换器工作原理 112.2 PWM 控制电路 .133 系统的仿真 143.1 建立仿真模型 143.2 H 桥 PWM 直流可逆调速系统的仿真分析及结果 .163.2.1 H 桥 PWM 开环调速系统仿真结果 .163.2.2 H 桥 PWM 双闭环直流调速系统仿真图 .174
2、总结 .21参考文献 .2222摘 要当今，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。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，随着计算机毕业设计技术的不断进步，数字化 PWM 已逐步取代模拟式 PWM，成为电力电子装置共用的核心技术。交流电机调速性能的不断提高在很大程度上是由于 PWM 技术的不断进步。目前广泛应用的是在规则采样 PWM 的基础
3、上发展起来的准优化 PWM 法，即三次谐波叠加法和电压空间矢量 PWM 法，这两种方法具有计算简单、实时控制容易的特点。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了 MOSFET 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：关键词：直流可逆调速，双闭环，PWM 3AbstractToday,DC speed regulation is mainly made up of control unite,power unite and DC
4、motor.For a long time,DC motor has possessed 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. This paper based on the microcomputer control of double closed loop speed system reversibl
5、e dc PWM is thoroughly study, along with the computer graduation design technology advances, digital PWM has gradually replace analog PWM, become the power electronic equipment Shared by the core technology. Ac motor performance of speed in the continuous improvement of the largely due to PWM techno
6、logy advances. It is used widely in the rules of the sample PWM developed on the basis of accurate PWM optimization method, i.e. three harmonic superposition method and voltage space vector PWM method, the two kinds of method is simple, the characteristics of the real-time control easily.This paper
7、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 microcomputer control,it has discussed the principle of nu
8、mber 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,Double Closed Loop Pulse-Width Modulation441 双闭环直流 PWM-M 可逆调速系统的原理与设计1.1 系统框图整个系统上采用了转速、电流双闭环控制结构，如图 1 所示。在系统中设置两个调节器，
9、分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以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作为 PWM 的控制电压。从闭环反馈结构上看，电流调节环在里面，是内环，按典型型系统设计；转速调节环在外面，成为外环，按典型型系统设计。为了获得良好的动、静态品质，调节器均采用 PI 调节器并对系统进行了校正。检测部分中，采用了霍尔片式电流检测装置对电流环进行检测，转速还则是采用了测速电机进行检测，达到了比较理想的检测效果。主电路部分采用了以 GTR 为可控开关元件、H 桥电路为功率放大电路所构成的电路结构。控制 PWM 脉冲波形，通过调节这两路波形的宽度来控制 H 电路中对电机速度的控制。
10、图 1 系统结构直流调速系统的结构如上图所示，其中 UPE 是电力电子器件组成的变换器，其输入接三相(或单相)交流电源，输出为可控的直流电压铸。对于中、小容量系统，多采用由IGBT 或 P 一 MOSFET 组成的 PWM 变换器;对于较大容量的系统，可采用其他电力电子开关器件，如 GTO、IGCT 等;对于特大容量的系统，则常用晶闸管装置。根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。51.2 转速、电流双闭环调速系统一般来说，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
11、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。图 2 转速调节系统理想起动过程 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，就要引入这个量的负反馈。因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。这里实际提到了两个控制阶段。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。如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。如图
12、3 所示。MASRACRGnGTVTAL* nUnUnU* iUiUiUctUdI0dU图 3 双闭环直流调速控制系统原理图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。0ndmidlint66图 4 双闭环直流调速系统动态结构图在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。oiT滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。由测速
13、发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示。onT1.3 双闭环控制系统起动过程分析前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图 5 所示。由于在起动* nU过程中转速调节器 ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以、和。第阶段：0t1是电流上升阶段。突加给定电压后，通过两个调节器的控制作用，* nU使、都上升，当后，电动机开始转动。由于机电惯性的作用，转速
14、的ctU0dUdIdLdII增长不会太快，因而 ASR 的输入偏差电压数值较大并使其输出达到饱和值nnnUUU*，强迫电流迅速上升。当时，电流调节器 ACR 的作用使不再* imUdIdmdII* imiUU dI迅速增加，标志着这一阶段的结束。7在这一阶段中，ASR 由不饱和很快达到饱和，而 ACR 一般应该不饱和，以保证电流环的调节作用。图 5 双闭环调速系统起动时的转速和电流波形第阶段：t1t2是恒流加速阶段。这一阶段是起动过程的主要阶段。在这个阶段中，ASR 一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒流给定作用下的电流调* imU节系统，基本上保持电流恒定（电流可能超调，也可能
15、不超调，取决于 ACR 的参数） ，dI因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增加。又，nCIRUeddd0n，这样才能保持=cont。由于 ACR 是 PI 调节器，要使它的输出量按0dUctUdI线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，应略低于iiiUUU* dI。此外还应指出，为了保证电流环的这种调节作用，在起动过程中电流调节器是不能dmI饱和的，同时整流装置的最大电流也须留有余地，即晶闸管装置也不应饱和，这都mdU0是设计中必须注意的。第阶段：t2以后是转速调节阶段。此时，但由于积分*nn * nnUU0nU作用，所以电动机仍在最大电流下加速，必然使转速必超调。当时，* i
16、miUU*nn ，使 ASR 退出饱和状态，其输出电压即 ACR 的给定电压迅速下降，也迅速0nU* iUdI下降。但由于，在一段时间内，转速仍继续增加。当时，dLdIIdLdII，n 达到最大值（t3时刻） 。此后，电动机在负载的阻力下减速，与此相LeTT 0dtdn应，电流也出现一段小与的过程，直到稳定。在这最后的转速调节阶段内，ASR 与dIdLIACR 都不饱和，同时起调节作用。由于转速调节在外环，ASR 处于主导地位，而 ACR 的作88用则是力图使尽快地跟随 ASR 的输出量，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。dI* iU综上所述，双闭环调速系统的起动过程有三个特点：饱和非线性。在不同情况下表现为不同结构的线性系统。准时间最优控制。阶段属于电流受限制条件下的最短时间控制。采用饱和非线性控制方法实现准时间最优控制是一种很有使用价值的控制策略，在各种多环系统中普遍地得到应用。转速必超调。按照 PI 调节器的特性，只有转速超调，ASR 的输
