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1目录摘要……………………………………………………………………………………3前言……………………………………………………………………………………4第一章系统硬件电路的设计………………………………………………………51.1系统方案选择与总体设计…………………………………………………51.2系统控制对象的确定………………………………………………………51.3双闭环直流调速系统电路原理……………………………………………61.4双闭环直流调速系统动态数学模型………………………………………61.5数字控制双闭环直流调速系统方框图……………………………………71.6数字式双闭环直流调速系统硬件结构图…………………………………81.78051单片机简介…………………………………………………………91.8系统各单元方案选择……………………………………………………102.1主电路设计与参数计算…………………………………………………101.2.1整流变压器的计算与设计…………………………………………………101.2.2开关器件IGBT参数计算与选择…………………………………………111.2.3电阻电容的选择……………………………………………………………111.2.4整流功率二极管的选择……………………………………………………111.2.5平波电抗器的选择与计算…………………………………………………111.2.6快速熔断器的选择与计算…………………………………………………11第三节调节器的选择与计算……………………………………………………121.3.1确定电流调节器时间常数…………………………………………………121.3.2电流调节器结构的选择……………………………………………………121.3.3电流调节器参数计算………………………………………………………131.3.4确定转速调节器时间常数…………………………………………………131.3.5转速调节器结构的选择……………………………………………………131.3.6转速调节器参数计算………………………………………………………14第四节PWM信号发生电计………………………………………………………141.4.1PWM的基本原理…………………………………………………………141.4.2PWM信号发生电路设计…………………………………………………151.4.3PWM发生电路主要芯片工作原理………………………………………16第五节功率驱动模块及光耦隔离设计…………………………………………171.5.1功率驱动模块………………………………………………………………171.5.2光电耦合隔离………………………………………………………………18第六节A/D转换及芯片选择………………………………………………………191.6.1芯片ADC0809介绍…………………………………………………………191.6.2ADC0809引脚及其功能表…………………………………………………19第七节测速环节设计……………………………………………………………201.7.1旋转编码器的原理及选择…………………………………………………201.7.2M法测速的实现……………………………………………………………21第八节键盘显示单元……………………………………………………………21第二章系统软件程序的设计……………………………………………………22第一节主程序设计………………………………………………………………23第二节PI控制子程序设计………………………………………………………242第三节M法数字测速程序………………………………………………………26第四节故障保护程序设计………………………………………………………28第二章系统MATLAB仿真…………………………………………………………32第一节系统建模与参数设置……………………………………………………323.1.1直流电机的数学模型………………………………………………………323.1.2转速电流双闭环调速系统的数学模型…………………………………323.1.3建立仿真模型………………………………………………………………33第二节仿真结果…………………………………………………………………33结论…………………………………………………………………………………35结束语………………………………………………………………………………36参考文献……………………………………………………………………………373摘要本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。但怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践，终于发现，如果在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。本文利用MATLAB软件中的simulink组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便，高效及可靠性高等优点。关键词：双闭环直流调速系统，晶闸管，直流电动机，MATLAB，仿真AbstractThispaperpresentsthespeed-currentdoubleclosed-loopDCspeedcontrolsystemdesign,experimentalresultscanbeaccuratevisualobservationofspeed-currentdoubleclosed-loopspeedcontrolsystemstartupprocesscanbedesignedtofacilitatetheregulationofthevariousparametersandcontrolstrategiesandtoanalyzetheirmulti-systemperformanceandachievedgoodresults.Buthowtohandlethespeedcontrolandcurrentcontrolbetweentherelationship?Afterrepeatedstudyandpractice,andfinallyfoundthatifinthesystemsetuptworegulators,respectively,regulatespeedandcurrentinseriesconnectionbetweenthepractice,thatis,theoutputofspeedregulatorastheinputcurrentregulatorACR,andthencurrentregulator'soutputasthecontrolvoltagethyristortriggeringdevice,thentheregulatoryroleofthesetwowillbeabletocomplementoneanotherby.Inthispaper,MATLABsoftwarecomponentsofthesimulinkpairsofclosed-loopspeedcontrolsystemoftheDCsimulationresultsshowthattheapplicationofMATLABforsystemsimulationisconvenient,efficientandhighreliability.Keywords:Double-LoopDCMotorControlsystems,thyristor,DCmotors,MATLAB,simulation4前言在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。直流电机，大体上可分为四类：几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、两相低电压交流电机直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，最大转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。与交流调速相比，直流电机结构复杂，生产成本高，维护工作量大。随着大功率晶体管的问世以及矢量控制技术的成熟，使得矢量控制变频技术获得迅猛发展，从而研制出各种类型、各种功率的变频调速装置，并在工业上得到广泛应用。适用范围：直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医疗设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。高性能的交流传动应用比重逐年上升，在工业部门中，用可调速交流传动取代直流传动将成为历史的必然。尽管如此，我认为设计一个直流电机调速系统，不论是从学习还是实践的角度，对一名电子信息工程专业的大学生都会产生积极地作用，有利于提高学习热情。5第一章系统硬件电路的设计1.1系统方案选择与总体结构设计本系统利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。本系统就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。利用编码器测得电机速度，经过滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机，在内部进行PI运算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。1.2系统控制对象的确定本次设计选用直流电动机的额定参数直流电动机的额定参数PN=2.2kW、UN=220V、IN=17A、nN=1480r/min，电动势系数Ce=0.136V/min/r。他励电压：220V。1.3双闭环直流调速系统电路原理随着调速系统的不断发展和应用，传统的采用PI调节器的单闭环调速系统既能实现转速的无静差调节，又能较快的动态响应只能满足一般生产机械的调速要求。为了提高生产率，要求尽量缩短起动、制动、反转过渡过程的时间，最好的办法是在过渡过程中始终保持电流（即动态转矩）为允许的最大值，使系统尽最大可能加速起动，达到稳态转速后，又让电流立即降低，进入转矩与负载相平衡的稳态运行。要实现上述要求，其唯一的途径就是采用电流负反馈控制方法，6即采用速度、电流双闭环的调速系统来实现。在电流控制回路中设置一个调节器，专门用于调节电流量，从而在调速系统中设置了转速和电流两个调节器，形成转速、电流双闭环调速控制。双闭环调速控制系统中采用了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实现串级连接。图1－1.1为转速、电流双