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1、装订线安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书摘 要在电力拖动系统中，调节电压的直流调速是应用最广泛的一种调速方法，除了利用晶闸管整流器获得可调直流电压外，还可利用其它电力电子元件的可控性，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电压调制成极性可变，大小可调的直流电压，用以实现直流电动机电枢两端电压的平滑调节，构成直流脉宽调速系统，随着电力电子器件的迅速发展，采用门极可关断晶体管GTO、全控电力晶体管GTR、P-MOSFET、绝缘栅晶体管IGBT等一些大功率全控型器件组成的晶体管脉冲调宽型开关放大器（Pulse Width Modulated）,已逐步发展成熟，用途越来越广。本文主要讨论了直流调速系统的
2、基本概念，在此基础上系统地介绍了转速负反馈单闭环调速系统，转速电流负反馈双闭环调速系统的组成，工作原理，脉宽调速系统的原理和控制方法，介绍了直流脉宽调速系统的控制电路和系统构成。最后应用MATLAB的Simulink，采用面向电气原理结构图的仿真技术，对直流脉宽调速系统进行了仿真分析。关键词：调速，PWM控制，直流电动机，仿真AbstractIn the electric drive system, The DC Driving System which adjusts voltage is the widest used in the speed control methods. Besid
3、es to use the thyristor rectifier to adjust DC voltage, also it could use the other power electronic components controlled performance. Using pulse width modulation technology. Directly to modulate the constant DC voltage into variable-polarity,size adjustable DC voltage. to achieve the smooth regul
4、ation of the dc motor voltage. Constituting a DC motor PWM speed control system. With the rapid development of the electronic devices,The transistor-type pulse-width-modulated switching amplifier which composed of GTO, GTR, P-MOSFET, IGBT, such as these High-power- full-controlled devices, had been
5、gradually developed,and became widly used. In this paper, it primarily elaboraring the basic concepts of the DC motor speed control system. On this basis it systematic introductes the single-closed-loop negative feedback speed control system.The composition of the current-speed two-closed-loop negat
6、ive feedback speed control system., working principle,and the theory and control method of the PWM speed control system.It introduces the control circuit and the system components of the PWM speed control system of the DC motor . Finally,with the MATLAB-Simulink, it use the simulation technique for
7、the electric principle chart,to make the simulation analysis for the PWM speed control system of the DC motor.Key words: speed regulation, PWM control, DC motor, simulation目 录第一章 引言1.1 直流调速系统简介.51.2 PWM直流调速的研究背景和发展状况.51.3 本设计的主要内容.6第二章 直流电机调速系统 2.1 直流电机调速系统的概述.72.1.1 旋转变流机组直流电机调速系统72.1.2 静止式可控整流器调速系
8、统72.1.3 直流斩波器或脉宽调速.82.2 电机基本调速方法.92.2.1 电枢串电阻调速92.2.2 弱磁调速92.2.3 调压调速.102.3 转速控制的要求和调速指标.102.4 闭环直流调速系统.112.4.1单闭环直流调速系统.112.4.2 转速电流双闭环调速系统.142.4.2.1 双闭环系统的稳态结构图和静特性.162.4.2.2 各变量的稳态工作点和稳态参数计算.172.4.2.3 双闭环直流调速系统的启动过程分析.182.4.2.4 转速和电流两个调节器的作用.20第三章 PWM调制技术与PWM变换器3.1 PWM调制技术.213.1.1 模拟式PWM控制.213.1.
9、2 数字式PWM控制.223.2 PWM变换器233.2.1 简单的不可逆PWM变换器.233.2.2 制动不可逆PWM变换器.243.2.3 H型双极式PWM变换器.26第四章 PWM直流电动机调速系统的设计4.1 PWM-M直流调速系统的控制电路.284.2 系统设计方案的选择.294.2.1主电路供电方案选择.294.2.2主电路形式的选择.304.2.3控制电路方案的选择.324.3 直流脉宽调速系统的MATLAB仿真.334.3.1 引言.334.3.2双闭环控制的脉宽调速系统的仿真模型.334.3.3 系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析.36总结.39参考文献.40致谢.41第一
10、章 引言1.1 直流调速系统简介调速系统包括直流调速系统和交流调速系统两大类。由于直流电动机的电压、电流和磁通之间的耦合较弱，使直流电动机具有良好的机械特性，能够在大范围内平滑调速，启动、制动性能良好，故其在20世纪70年代以前一直在高精度、大调速范围的传动领域内占据主导地位。但随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显示出来。由于换向从20世纪80年代起，在电气传动自动化领域中出现了一个革命性的变化，这就是交流电动机调速技术取得了突破性进展。众所供1.2 PWM直流调速的研究背景和发展状况有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具
11、有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。 控制技术已居世界先进水平。但由于造价较高，目前在国内应用局限性较大，在较短的时间内难以取代较为落后的直流调速。相对而言，PWM直流调速系统主电路线路简单，功率元件少，开关频率高，其控制水平从1000Hz可达到4000Hz，电机电流连续，低速性能好，谐波少，稳态精度高，脉动小，损耗和发热都较小，调速范围宽，调速系统频带宽，快速响应性好，动态抗扰能力强。直流电机脉冲宽度调制调速系统产生于70年代中期.最早用于不可逆、小功率驱动,例如自动跟步研究，在调速精度要求较高的场合，对
12、解决传统直流调速系统调速精度低、稳定性差的难题，具有广泛的意义和价值。1.3本设计的主要内容本文共分为四章，主要针对直流调速系统的PWM控制进行相关研究。第一章主要概述了直流电机调速系统的研究背景与发展现状；第二章介绍了直流电机调速系统的理论基础，简要介绍了调速的原理和结构；第三章介绍了脉宽调制原理及对目前常用的各种PWM变换器进行了分析；第四章对基于PWM控制技术的直流电机调速系统进行了设计，并运用计算机软件对其进行了仿真研究；最后对全文进行了总结。第二章 直流电机调速系统2.1直流电机调速系统的概述直流电动机调速系统经历不同的三个阶段：2.1.1旋转变流机组直流电机调速系统如图2-1，旋转变流机组直流电动机调速系统（G-M系统）由交流电动机（异步机或同步机）拖动直流发电机G实现变流，由G给需要的直流电动机M供电，调节G的励磁电流即可改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n。这种调速系统在60年代曾广泛使用，但该系统
