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1、沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 双极式PWM双闭环直流调速系统的设计 系 别 自控系 班级 测控本062 学生姓名 学号 10 指导教师 XXXX 职称 助教 起止日期：2009年3月2日起至 2009年3月6日止 双极式PWM双闭环直流调速系统的设计目录课程设计任务书I1设计主要内容及要求II2对设计论文撰写内容、格式、字数的要求II课程设计成绩评定表III中文摘要IV一、设计任务描述1二、设计思路2系统总体结构的设计2环节设计、部件选择及参数计算2系统原理图2建立系统动态数学模型2三、设计方框图5四、各部分电路设计及参数计算6设计方法的基本思路6典型系统及其参数与性能指标的
2、关系6典型型系统及其参数与性能指标的关系8工程设计中的近似处理10电流调节器和转速调节器的设计12五、元器件清单18小结19致谢20参考文献21沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 双极式PWM双闭环直流调速系统的设计 系 别 自控系 班级 测控本062 学生姓名 XXX 学号 10 指导教师 XXX 职称 助教 课程设计进行地点： 教学B座419 任 务 下 达 时 间： 2009 年 3 月 2 日起止日期： 2009 年 3 月 2 日起至 2009年 3 月 6 日止教研室主任 年 月 日批准1设计主要内容及要求（1）主要内容试设计一H型双极式PWM直流闭环调速系统。已知的基本参数
3、如下：电动机：UN48V, IN3.7A, nN = 200r/min, Ra = 6.5，电枢回路总电阻R=8，电枢回路电磁时间常数Tl= 0.005s，机电时间常数Tm=0.2s，电源电压US = 60V，给定转速电压最大值和ASR, ACR的输出限幅值均为10V，电流反馈系数=1.33V/A，转速反馈系数=0.05V.min/r，电动势转速比Ce=0.18 V.min/r，选用D202电力晶体管作功放用开关管，已知D202的参数如下：Tce0.159, tr0.103, tf0.061。（2）要求按工程设计方法设计计算，设计的性能指标要求：1) 稳态指标：稳态无静差。2) 动态指标：电流
4、超调量。空载起动到额定转速时的转速超调量。动态过渡过程时间s2对设计论文撰写内容、格式、字数的要求（1） 课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。（2） 学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。（3） 论文要求打印，打印时按沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范的要求进行打印。（4） 课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。3.时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完
5、 成 内 容备注13月2日教师讲解题目，学生查阅相关资料23月3日电流调节器结构及其参数设计33月4日速度调节器结构及其参数设计43月5日撰写课程设计论文53月6日答辩沈 阳 工 程 学 院 伺 服 系 统 课程设计成绩评定表系（部）： 自控系 班级： 测控本062 学生姓名： ZXXX 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说
6、明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名：
7、 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分中文摘要伺服系统对数控技术、自动化、电气工程及其自动化、机电一体化等专业是一门很重要的专业技术课。伺服系统的作用是联系数控装置与被控设备的中间环节，起着传递指令信息和反馈设备运行状态信息的桥梁作用。在当代工业上PWM控制调速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
8、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，由于本次设计时间有限所以就没有把相应的参数给调出来了。关键词 PWM，型系统，型系统，电流调节器，电压调IV一、设计任务描述1任务试设计一H型双极式PWM直流闭环调速系统。已知的基本参数如下：电动机：UN48V, IN3.7A, nN = 200r/min, Ra = 6.5，电枢回路总电阻R=8，电枢回路电磁时间常数Tl= 0.005s，机电时间常数Tm=0.2s，电源电压US = 60V，给定转速电压最大值和ASR, ACR的输出限幅值均为10V，电流反馈系数=1.33V/A，转速反馈系数=0.05V.mi
9、n/r，电动势转速比Ce=0.18 V.min/r，选用D202电力晶体管作功放用开关管，已知D202的参数如下：Tce0.159, tr0.103, tf0.061。2要求按工程设计方法设计计算，设计的性能指标要求：稳态指标：稳态无静差。动态指标：电流超调量。空载起动到额定转速时的转速超调量。动态过渡过程时间s21二、设计思路系统总体结构的设计此系统控制的对象是他励直流电动机，控制信号为转速控制电压给定信号，输出信号为电动机转轴的转速信号。系统的闭环控制按内环为电流环，外环为转速环的结构设计。电枢绕组的驱动为电力晶体管的PWM脉冲放大电路。转速和电流两个调节器可采用由运算放大器组成的模拟电路
10、。PWM调速系统由于具有动、静特性好，损耗小和电网功率因数高等优点，在中小功率伺服系统中已取代V-M系统，其使用日益广泛。其中H型双极式PWM变换器更为普遍。H型双极式PWM变换器的优点如下：电流一定是连续的；可以使电动机在四象限运行；电动机停止运行时有微振电流，能消除静摩擦死区；在低速时每个晶体管的驱动脉冲仍比较宽，有利于保证晶体管的可靠导通；低速平稳性好，调速范围可达0-20000左右。环节设计、部件选择及参数计算根据总体结构要求设计各基本环节，由于电动机参数已由题意确定，所以需设计的环节主要有：电流、转速反馈环节，比较环节，H型双极式PWM变换器（包括锯齿波发生器，脉宽调制器，逻辑延时器
11、，基极驱动电路和脉宽调制变换驱动器等），及电流、转速两个调节器等。最后根据已确定的各环节选择部件及计算参数。系统原理图系统原理图可以简化。但为了给建立系统动态数学模型打下基础，控制信号、反馈原理信号比较、调节原理和PWM调制和驱动电动机运行原理等都应在系统原理图中表示清楚。建立系统动态数学模型一般情况下，系统动态数学模型主要通过传递函数建立。PWM调速系统的控制规律和动态数学模型与前题的V-M系统相比差别不大，主要不同点就是脉宽调制器和PWM变换器本身的传递函数。根据其工作原理，脉宽调制器和PWM变换器合起来可以看成是一个滞后环节，它的延时周期最大不超过一个开关周期T。和晶闸管装置传递函数的近
12、似处理一样，当整个系统开环频率特性截止频率满足下式时可将滞后环节近似看成是一阶惯性环节。因此，脉宽调制器和PWM变换器的传递函数可以近似看成式中 KPWM一脉宽调制器和PWM变换器的放大系数KPWM= Ud/Uc ；Ud PWM变换器的输出电压；Uc脉宽调制器控制电压。图1-2是表示一双极式PWM直流双闭环调速系统动态数学模型的动态结构图。图1-2 双极式PWM直流双闭环调速系统动态结构图图中 (s)对应于给定转速的控制电压信号；Un(s)对应于实际转速的反馈电压信号；Un (s)对应于转速偏差的电压信号；Ui(s）对应于控制电流的电压信号；Uct(s)对应于脉宽调制器的输入控制电压信号；Ud
13、0(s)PWM驱动电路输出的空载电压；E (s)电动机的反电动势；Id(s)电动机的电枢电流；Idl(s)对应于电动机负载转矩的负载电流；n (s)电动机转轴转速；Ton转速反馈环节滤波时间常数；Toi电流反馈环节滤波时间常数；KPWM, TPWM脉宽调制器和PWM变换器放大倍数与其近似惯性环节时间常数；R电动机电枢回路总电阻；Tl电动机电磁回路时间常数；Tm包括电动机在内的系统机电时间常数；Ce电动机在额定磁通下的电动势转速比；ASR系统的速度调节器；ACR系统的电流调节器；速度反馈系数；电流反馈系数。设计此动态结构图时，应先设计各模块的传递函数并求出各模块的参数和时间常数，再根据“先内环后外环”的原则分别设计ACR和ASR. ACR和ASR的设计是动态结构图设计的重点。其设计方法一般为先确定调节器结构，然后确定调节器的参数。调节器结构的设计可根据所设计闭环的控制（输出）量的要求及校正成哪一种典型系统的需要，在P, PI, PD, PID等类调节器中选一种。而调节器参数的设计则主要根据该闭环的输人、输出、各环节的参
