全数字化双闭环可逆直流PWM调速系统的研究论文

全数字化双闭环可逆直流PWM调速系统的研究论文摘要当今，自动化控制系统己经在各行各业得到了广泛的应用和发展，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。微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。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，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，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顾的基础上，重点对控制部分展开研究，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内容。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、电流双闭环调速系统的控制。论文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，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。该方案以89C52微机为核心，分别采用了8255,8253,8279,ADC0809,741914等芯片与一些外围电路。通过实时测试与调节电动机的转速/电流，此调速系统可获得快速、精确的调速效果。关键词：直流可逆调速，数字触发，PWM，数字控制器AbstractToday,autocontrolsystemshavebeenwidelyusedanddelelopedineveryWalkoflife,whileDCspeedregulationasthearteryintheareaofelectricdrivesystemsactsthemaineffectinmodernizationproduction.DCspeedregulationismainlymadeupofcontrolunite,poweruniteandDCmotor.Foralongtime，DCmotorhaspossessedthemainroleintheareaofelectricdrivefieldbecauseofitsneatlyadjust,easymethodandsmoothtiminginwiderage,also,itscontrolperformanceisverygood.Withtherapiddevelopmentofmicrocomputer,itiswidelyusedinthecontrolfield.ThispaperreserchesreversibleDC-PWMtimingsystemwithadual-converteranddual-closed-loop.BeginningwiththetheoryoftheDCtimingsystem,thisarticlehasbuildupthemathsmodelofthereversibleDC-PWMtimingsystemwithCentraladual-converteranddual-closed-loop，discussingamicrocomputerwithDC-drive.Basednewmethodthat0ntheoverallreviewofcontrolobject,theemphasisisputonthepartofcontrolsystem,whichincludesthediscussionofhardwareandsoftware,controlpolicyandalgorithm,etc.Inthehardware,itfullyutilizestheadvantageofmicrocomputerthatareabundantinterfaceandfastspeedsoastorealizethecontrolofthesystem.ThispaperanalyzestheworkingprinciplesofthesystemandsomekeytechnicalissuesoftheapplicationbasedontheIGBTapparatus,whichincludedrivecircuit,snubbercircuit,protectionandcontrollingthequantityofheat,andsoon.Intheaspectofmicrocomputercontrol,ithasdiscussedtheprincipleofnumbertouchoff、numbervelocitytesting、current/velocitycontroller、numberPWMmodulatorandpresentsthehardware/softwareschemetoachieveit.Thisschemeisbasedonthecoreof89C52singlechip,usingthechipsof8255/8253/8279/ADC0809/74191andsomeperipheralcircuits.Byrealtimetestingdandadjustingthemotor’svelocity/current,thistimingsystemcangetquickandexacttimingresult.Keywords:reversibleDCtimingsystem,numbertouchoff,Pulse-WidthModulation,numbercontroller目录第1章引言一.........……....11.1电气传动技术发展现状.................……......11.2微机控制电机的发展和现状...…….............11.3电机微机控制系统的特点.........……...........21.4本课题在实际应用方面的意义和价值...............……............2第2章单闭环控制直流脉宽调速系统.……..........42.1单闭环直流调速系统简介.........……..........42.1.1直流电动机的调速方案...…….............42.1.2调速系统的静态指标........……............52.2开环系统机械特性和闭环系统静特性..............….................62.3采用比例调节器的单闭环控制脉宽调速系统...…................72.4比例积分单闭环脉宽控制系统(无静差系统)...……..............82.5本章小结一…............9第3章微机控制双闭环可逆直流PWM调速系统原理设计......…....................113.1转速、电流双闭环调速系统及其静特性..........................…..........................113.1.1问题的提出................…......................113.1.2转速、电流双闭环调速系统的组成..........................…….......................123.1.3稳态结构图和静特性.......…...............133.1.4各变量的稳态工作点和稳态参数计算.......…..............143.2双闭环脉宽调速系统的动态性能....................…................153.2.1动态数学模型................…..................153.2.2起动过程分析............…...…...............153.2.3动态性能和两个调节器的作用..................…...............173.3电流调节器和转速调节器的设计.....................…...............183.3.1电流调节器的设计............…..............183.3.2转速调节器的设计............…..............193.4可逆PWM变换器................……...............203.4.1可逆PWM变换器上作原理....................……...............203.4.2IGBT缓冲电路............…................233.5脉宽调速系统的开环机械特性.…................243.6脉宽调速系统的电流脉动量和转速脉动量............……....253.6.1电流脉动量一一一一…...........253.6.2转速脉动量一一..…................283.7脉宽调制器和PWM变换器的传递函数.......…...........…....313.8电力晶体管的开关过程、开关损耗和最佳开关频率................…...….........313.8.1开关过程一一一一.....…..........313.8.1.1开通时间一一一..…..........313.8.1.2关断时间一一一.…...........323.8.2开关损耗一一一一.........…....333.8.3最佳开关频率一一一一…...333.9本章小结一.....34第4章双闭环可逆直流PWM调速系统的硬件设计.......…...…....354.1双闭环可逆直流PWM调速系统简介..............…........354.2双闭环可逆直流PWM调速系统总体设计........…......364.3主要芯片的选择一一..…......364.3.1单片机的选择..............…............364.3.28253可编程定时器/计数器芯片..........…..........374.3.38279可编程键盘、显示接口芯片.....…...........374.3.4A/D转换芯片ADC0809..……384.4高精度数字测速电路..................…...384.4.1M/T法测速原理................…...394.4.2数字测速硬件电路..............…....404.5键盘/显示接口一一一一.…....404.6全数字PWM调制器一一..…424.7泵升电压限制电路一一.…...434.8本章小结一一一一..........…....44第5章调速系统的软件设计一一一…...455.1软件设计的基本要求.................…....455.2软件的结构设计一一一..…....455.3软件的编制一一一一.....….....475.3.1微机头文件的设置...................475.3.2主程序设计一一一一....475.3.3数字电流调节器和数字转速调节器的算法及软件实现............495.4系统的软件抗干扰措施...........…...535.4.1模拟输入信号的噪声滤波.......535.4.2防止程序运行失常的软件措施..545.4.3软件冗余技术一一..…....55第6章硬件电路的改进一一一一...........56第7章总结一..........….58参考文献一一