直流双闭环控制脉宽H桥调速系统

课程设计专用纸1目录第一章绪论..............................................................................................................................................21.1直流电动机的调速方法介绍......................................................................................................21.2直流调速系统用的可控直流电源..............................................................................................21.3选择PWM控制系统的理由......................................................................................................31.4双闭环调速系统及其静特性......................................................................................................41.4.1双闭环调速系统的组成...........................................................................................................41.4.2稳态结构图和静特性.......................................................................................................41.5系统的动态校正----PI调节器设计............................................................................................5第二章.相关参数计算................................................................................................................................72.1设计参数准备.....................................................................................................................................72.2ACR设计.............................................................................................................................................82.3ASR设计.............................................................................................................................................9第三章.MATLAB仿真图........................................................................................................................10第四章双闭环直流脉宽调速系统的硬件电路设计.............................................................................124.1双闭环直流脉宽调速系统的主电路设计................................................................................134.1.1PWM变换器...................................................................................................................134.1.2选择IGBT的H桥型主电路的理由.............................................................................144.1.3整流电路设计.................................................................................................................154.1.4泵升限制电路.................................................................................................................154.2双闭环直流脉宽调速系统的控制电路设计............................................................................164.2.1单片机的选择.................................................................................................................164.2.2双极型PWM的实现.....................................................................................................174.2.3测速电路.........................................................................................................................184.2.4电流检测电路.................................................................................................................194.2.5键盘电路.........................................................................................................................19第五章结论............................................................................................................................................21参考文献..................................................................................................................................................22附录.系统硬件原理图..............................................................................................................................24课程设计专用纸2第一章绪论电动机作为最主要的动力源和运动源之一，在生产和生活中占有十分重要的地位。电动机的调速控制方法过去多用模拟法，随着单片机的产生和发展以及新型自关断元器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化[1]。直流电动机控制技术是一项以直流电动机作为机械本体，融入了电力电子技术、微电子技术、单片机控制技术和传感器技术的多学科交叉机电一体化技术。单片机在电动机控制中的应用使调速系统具有了数值运算、逻辑判断及信息处理的功能。1.1直流电动机的调速方法介绍直流电动机的调速方法有三种：（1）改变电枢电阻（R）调速。（2）改变电枢电压（U）调速。（3）改变主磁通（）调速。前两种调速方法主要适用于恒转矩负载，后一种调速方法适用于恒功率负载。串电阻调速为有级调速，调速平滑性比较差，机械特性斜率增大，速度稳定性比较差，受静差率的限制，调速范围比较小。改变电枢电压调速为无级调速，机械特性斜率不变，速度稳定性好，调速范围比较大。改变主磁通调速，控制方便，能量损耗比较小，调速平滑，但受最高转速限制，调速范围不大[2]。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以改变电枢电压调速方式为最好。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主要调节方式。1.2直流调速系统用的可控直流电源直流驱动系统电压控制的方式来调节电枢电压需要一个特殊的可控直流电源。比较常用的可以控制直流电源有以下三个：（1）静态控制整流器。使用静态可控整流得到一个可调的直流电压。课程设计专用纸3（2）直流斩波器或脉宽调制转换器。用不变的直流电源或者不可以控制的整流电源提供电能，使用电力电子开关器件斩波器或脉宽调制，从而产生可以变化的直流电压。（3）旋转变流机组。由交流电机和直流发电机组成单位，获得可调的直流电压。旋转变流机组需要的设备多，体积大，费用高，效率低，安装需打地基，运行有噪声，维护不方便。静止式可控整流器虽然克服了旋转变流机组的许多缺点，而且还大大缩短了响应时间，但闸流管容量小，汞弧整流器造价较高，体积仍然很大，维护麻烦，万一水银泄漏，将会污染环境，危害身体健康[3]。目前，采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统，由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。同时，其对过电压、过电流都十分敏感，容易损坏器件。由于以上种种原因，所以选择了脉宽调制变换器进行改变电枢电压的直流调速系统。1.3选择PWM控制系统的理由自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制的控制方式，形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM调速系统[4]。PWM系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路非常简单，需要用到的功率器件比较少。（2）开关频率比较高，电机损耗及发热都比较少，电流很容易连续，并且谐波少。（3）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗比较小，装置效率比较高。（4）低速性能比较好，调速范围比较宽，稳速精度比较高。（5）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应比较快，动态抗干扰能力强。（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。由于有上述优点，直流PWM调速系统的应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了其他调速系统，这是我们选取它作为研究对象的重要原因。课程设计专用纸41.4双闭环调速系统及其静特性1.4.1双闭环调速系统的组成图1-1是转速、电流双闭环直流调速系