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1、-摘要自动控制系统课程设计是自动化专业的重要课程设计之一；是在学生完成自动控制系统理论学习后，对相关的各种类型系统所进展的课程设计；是自动控制系统课程教学中的一个重要环节。当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和开展，而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，它主要由三局部组成，包括控制局部、功率局部、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比拟灵活、方法简单、易于大围平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。微机技术的快速开展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的闭环可逆直流 PWM 调速系统进展了较深入的
2、研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了闭环直流 PWM 调速系统的数学模型，用微机硬件和软件开展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回忆的根底上，重点对控制局部展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、闭环调速系统的控制。课设分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了 IGBT 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，通过实时试与调节电动机的转速，此调速系统可获得快速、准确的调速效果。通过
3、课程设计，学生将进一步掌握电力拖动自动控制系统理论和电力拖动自动控制系统设计过程，对稳态参数计算以及电力拖动控制系统的工程设计方法进展实践运用，并且加深对电力拖动自动控制系统构造的了解。关键词：直流可逆调速；数字触发；PWM；数字控制器引言矿井提升机是煤矿、有色金属矿中的重要运输设备，是四大运转设备之一。矿井提升系统环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交转换。近几年，交流调速飞速开展，逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。直流调速理论根底是经典控制理论，而交流调速主要依靠现代控制理论。不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高
4、可靠性，高智能化特点。同时直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。单闭环直速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多缺乏，快速性还不够好。而基于电流和转的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。而且，直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽围平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。本文主要研究直流调速系统，它主要由三局部组成，包括控制局部、功率局部、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比拟灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。本
5、文对双闭环可逆直流PWM调速系统进了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。. z.-1 课程设计目的及任务掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理；熟悉直流PWM专用集成电路SG3525、SG3524等的组成、功能与工作原理；掌握H型PWM变换器的双极式控制方式的原理与特点；掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。对先修课程电力电子学、自动控制原理等的进一步理解与运用，运用电力拖动控制系统的理论知识设计出可行的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。也可以制作硬件电路，同时能够加强同学们对一些常用
6、单元电路的设计、常用集成芯片的使用以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。到达综合提高学生工程设计与动手能力的目的。本次课程设计任务，首先总体方案确实定，主电路原理，元件选择、参数计算，掌握系统原理图、稳态构造图、动态构造图、主要硬件构造图，进一步学会控制电路设计、原理分析、主要元件、参数的选择，调节器的设计以及参数计算等，通过实验指导书进展课程设计和实验。2 设计方案确实定自动控制系统的设计一般要经历从机械负载的调速性能动、静电机参数主电路控制方案系统方案确实定系统设计仿真研究参数整定直到理论实现要求硬件设计制版、焊接、调试等过程，其中系统方案确实定至关重要。为了发挥同学们的主管能动作用，
7、且防止方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数有同学自己选定。2.1 主电路设计主电路采用二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器。2.2 调节器设计速度调节器和电流调节器采用PI调节器。2.3 机械负载参数机械负载为对抗性恒转矩负载，调速围D=4；直流发电机：；转动惯量2.4 主电源参数可以选择单相交流220V供电；变压器二次电压为67V。2.5 他励直流电动机的参数，过载倍数。3 设计所需设备及仪器3.1 所需设备（1） MCL32电源控制屏2MCL31组件3MCL10组件4MEL11挂箱5MEL03三相可调电阻6电机导轨及测
8、速发电机7直流电动机M03，直流发电机M013.2 所需仪器仪表（1） 示波器（2） 万用表4 课程设计原理及容4.1 双闭环调速系统的构造图直流双闭环调速系统的构造图4.1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，到达设计要求。图4.1 双闭环调速系统的构造图4.2 H桥双极式逆变器的工作原理脉宽调制器的作用是：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
9、定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。H形双极式逆变器电路如图1-2所示。这时电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。图4.2 H形双极式逆变器电路双极式逆变器的四个驱动电压波形如以下图所示图4.3 H形双极式逆变器的驱动电压波形他们的关系是：。在一个开关周期，当时，晶体管、饱和导通而、截止，这时。当时，、截止，但、不能立即导通，电枢电流经、续流，这时。在一个周期正负相间，这是双极式PWM变换器的特征，电动机的正反转表达在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时，那么的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，那么反转；如果正负脉冲相等，平均输出电
10、压为零，那么电动机停顿。双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为4.1如果定义占空比，电压系数那么在双极式可逆变换器中4.2调速时，的可调围为01相应的。当时，为正，电动机正转；当时，为负，电动机反转；当时，电动机停顿。但电动机停顿时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电动机停顿时仍然有高频微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区。4.3 课程设计实验容4.3.1 PWM控制器SG3525性能测试分别连接3和5，4和6，7和27，31和22，32和23，然
11、后翻开面板右下角的电源开关。（1） 用示波器观察25端的电压波形，记录波形的周期，幅度包括S1开关拨向通和断两种情况（2） S5开关打向0V，用示波器观察30端电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比为50%。S5开关打向给定分别调节RP3,RP4，记录30端输出波形的最大占空比和最小占空比分别记录S2打向通和断两种情况4.3.2 控制电路的测试（1） 逻辑延时时间的测试S5开关打向OV，用示波器观察33和34端的输出波形，并记录延时时间Td=(2) 同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试分别连接7和8，10和11，12和13，14和15，16和17，18和19，用双踪示波器分别测量Vvt1.
12、gs和Vvt2.gs以及Vvt3.gs和Vvt4.gs的死区时间Td.vt1.vt2=Td.vt3.vt4=4.3.3 开环系统测试(1) 速度反应系数的测试断开主电源，并逆时针调节调压器旋钮到底，断开9,10所接的电阻，接入直流电动机M03，电机加上励磁。S4扳向上，合上主电源。调节RP3电位器使电机转速逐渐升高，并到达1400r/min,调节FBS的反应电位器RP，使速度反应电压为2V。（2） 开环系统机械特性测定使电机转速达1400r/min，改变直流发电机负载电阻Rd，在空载至额定负载围测取7-8个点，记录相应的转速n和直流发电机电流Id。表4.1 N=1400r/minn r/min
13、1400130812901270125012401225Id A0.140.370.420.50.60.650.75调节RP3，使n=1000r/min和n=500r/min,做同样的记录，可得到电机在中速和低速时的机械特性。表4.2 N=1000r/minn r/min1000932915900875856836Id A0.120.280.350.40.50.60.7表4.3 N=500r/minn r/min500460430425400395375Id A0.10.20.250.30.350.40.5断开主电源，S4开关拨向负给定,然后按照以上方法，测出系统的反向机械特性。表4.4 N=
14、-1500r/minn r/min-1500-1390-1380-1369-1355-1340-1335-1300Id A-0.1-0.35-0.4-0.44-0.5-0.55-0.6-0.75表4.5 N=-1000r/minn r/min-1000-923-900-890-875-865-848Id A-0.1-0.28-0.35-0.4-0.45-0.5-0.6表4.6 N=-500r/minn r/min-500-455-428-414-400-387-375-348Id A-0.08-0.16-0.25-0.3-0.35-0.4-0.45-0.64.3.4 闭环系统测试将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。（1） 速度调节器的测试(a) 反应电位器RP3逆时针旋转到底，使放大倍数最小；(b) 5，6端接入MEL-11电容器，预置5-7.5uF；(c) 调节RP1,RP2使输出限幅为正负2V.（2） 电流调节器的测试（a) 反应电位器RP3逆时针旋转到底，使放大倍数最小；（b) 56端接入MEL-11电容器，预置5-7.5uF；（c) S5开关打向给定，S4开关板向上，调节MCL-10的RP3电位器，使ACR正饱和，调节A
