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1、毕业设计直流电机PWM调速控制器的设计摘 要在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。研究直流电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速方法有着不同的应用场合。本文基于PWM的双闭环直流调速系统进行了研究，并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。首先描述了变频器的发展历程，提出了PWM调速方法的优势，指出了未来PWM调速方法的发展前景，点出了研究PWM调速方法的意义。应用
2、于直流电机的调速方式很多，其中以PWM变频调速方式应用最为广泛，而PWM变频器中，H型PWM变频器性能尤为突出，作为本次设计的基础理论，本文将对PWM的理论进行详细论述。在此基础上，本文将做出AT89S52单片机控制的H型PWM变频调速系统的整体设计，然后对各个部分分别进行论证，力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。关键词：直流调速 ；双闭环 ；PWM ；AT89S52 ；直流电机The PWM speed controller design of Dc motorAbstractIn electrical times today, the electric motor in the in
3、dustry and agriculture production, the people daily life is playing the very vital role. The direct current machine is the most common one kind of electrical machinery, obtains the widespread application in various domains. The research direct current machines control and the measuring technique, to
4、 increase the control precision and the speed of response, the frugal energy and so on have the important meaning. A problem about speed-modulation of DC motor is very important in the field automatic. The requests to the effect after the speed-modulation of the DC motor are different in different f
5、ields. Then, different speed-modulation ways are using in different fields.This paper researches DC-drive speed system with a dual-converter and dual-closed-loop based PWM, discussing a new control method that combines PWM with D C-drive, designs applies in direct current motors double closed loop c
6、urrent velocity modulation system. DC motor is used very generally because its speed-modulation effect is very good and its speed-modulation is easily to be realized. PWM theory is used most generally among the speed-modulation ways. The text will introduce the H-PWM way mostly. We will try to do mo
7、dulation to the DC motor with AT89S52. The importance of the text is the parts which are composed the system. Another importance is the principles of working about every parts.Key word: DC speed regulation ；Double-loop ；PWM ；AT89S52；DC moter； 目 录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1问题的提出11.2 微机控制电机的发展和现状21.3 电机微机
8、控制系统31.4本课题在实际应用方面的意义和价值42 直流电机PWM调速系统原理设计62.1 PWM脉宽调制62.1.1 PWM脉宽调制介绍62.1.2 PWM基本原理72.2 总体方框图72.3 转速、电流双闭环调速系统及其静特性82.3.1 提出问题82.3.2 转速和电流双闭环调速系统的组成92.3.3 稳态结构图和静特性102.3.4 各变量的稳态工作点和稳态参数计算112.4 双闭环脉宽调速系统的动态性能122.4.1 动态数学模型122.4.2 起动过程分析132.4.3 动态性能和转速调节器、电流调节器的作用152.5 电流调节器和转速调节器的设计162.5.1电流调节器的设计1
9、62.5.2 转速调节器的设计172.6 可逆PWM变换器182.6.1 可逆PWM变换器工作原理182.6.2 PWM控制电路202.6.3 脉宽调速系统的开环机械特性212.6.4 脉宽调制器和PWM变换器的传递函数223 直流电机PWM调速系统的硬件设计233.1 直流电机233.1.1 直流电机的结构233.1.2 直流电机的基本工作原理243.1.3 直流电机的调速原理243.1.4 直流电机PWM调速基本原理253.2 单片机控制单元263.3 电源电路273.4 H桥驱动电路273.5 转速检测、反馈电路283.6 LCD显示模块294 MATLAB/SIMULINK304.1
10、Matlab/Simulink304.1.1 Matlab/Simulink 的简介304.1.2 Matlab/Simulink的语言特点314.2 Simulink的启动与界面说明324.2.1 启动Simulink324.2.2 Simulink的菜单324.2.3 Simulink的功能模块组324.3 Simulink的仿真过程334.3.1 创建结构图文件334.3.2 结构图程序设计334.3.3 Simulink仿真的启动与停止334.4 建立仿真模型334.4.1 PWM发生器的建模344.4.2 H桥PWM开环调速系统仿真建模354.4.3 H桥PWM双闭环调速系统仿真建模
11、355 直流电机PWM调速系统仿真365.1 H桥PWM开环调速系统仿真结果365.2 H桥PWM双闭环调速系统的仿真结果386 总 结40致 谢42参考文献43附录A：英文文献44附录B：中文文献49531 绪 论本章首先介绍微机控制的发展及其现状的相关知识，然后介绍微机参与直流电机调速系统控制的相关技术及其设计软件。1.1问题的提出为什么我们要研究一种由计算机系统控制的PWM直流控制系统？要回答这个问题，首先我们应该系统的论述一下电动机转速控制系统的发展历程及现状。 电动机按电源供应方式来分，可以分为两大类，即直流电动机和交流电动机。两类电动机在调速方面存在着很大差异。直流电动机具有良好的
12、起、制动性，适宜在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域得到了广泛应用。即便如此，直流电动机也存在着固有的很多缺点，制约了其应用由于直流电动机使用直流电源，它的碳刷和滑环都要经常更换，这样的拆换工作是费时费力费财的，无疑会加重使用者的负担。因此，人们希望简单可靠低廉的交流电动机也能像直流电动机那样调速。定子调速、变极调速、滑差调速和转子串电阻调速和串极调速等调速方法应运而生，同时，由于技术的成熟，滑差电动机、绕线式电动机、同步式交流电机等随即出现，带来了电机史上的一次飞跃。但是，这些电动机的调速性能仍然不能与直流电动机相比。直到20世纪80年代，变频调速的出现才解决了直流电
13、机调速性能好却费时费力的缺点。那么又是什么促成了变频调速的产生呢？ 电力电子技术、微电子技术和信息技术的产生与发展，直接推动了变频调速系统的产生。由于变频调速具有其他调速方式所不具有的几大特点： 1） PWM调速系统主电路线路简单，需用的功率器件少 ；2） 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小 ；3） 低速性能好，稳速精度高，调速范围广，可达到1：10000左右 ；4） 如果可以与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强 ；5） 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高 ；6） 直流电源采用不可控整流时，
14、电网功率因数比相控整流器高 。变频调速很快为广大电动机用户所接受，成为了一种最受欢迎的调速方法，在一些中小容量的动态高性能系统中更是已经完全取代了其他调速方式。由此可见，变频调速是非常值得自动化工作者去研究的。在变频调速方式中，PWM调速方式尤为大家所重视，这是我们选取它作为研究对象的重要原因。 而在众多PWM变换器实现方法中，又以H型PWM变换器更为多见。这种电路具备电流连续、电动机四象限运行、无摩擦死区、低速平稳性好等优点。因此，本次设计以H型PWM直流控制器为主要研究对象。 要研究PWM调速方法，不能不提到微电子技术、电力电子技术和微机控制技术，没有这些技术的支持，我们就只能还是在走前人
15、的老路，被模拟、人工控制的思维所禁锢。在电动机转速控制领域，如果不能有效的引用这些技术，我们很难有所突破，发现问题，进而有所进步。 微机控制技术的发展也就是计算机控制系统的发展历程。它的发展大体可以分为三个阶段：第一个阶段是1965年后的实验阶段，自从1952年计算机被应用于生产过程中后，它应用于生产领域并创造巨大价值的潜力立刻为世人所注意，进而被大面积研究试用起来。1959年，美国得克萨斯州的一家炼油厂成功建成了世界上第一个计算机控制系统，标志着这项技术的发展已经开始。第二个阶段是1965年到1972年间的实用阶段。在这段时间里，计算机控制系统开始从单项工程试验中迈向实用，并且得到了系统的完善。在这一时期，计算机集中控制得到认可。在高度集中控制时，若计算机出现故障，将对整个生产产生严重影响。为了应对这种负面影
