PWM直流调速系统毕业论文解析

华中科技大学文华学院毕业设计(论文)直流PWM调速系统研究学生姓名：**学号：学部（系）：机械与电气工程学部专业年级：1指导教师：张**学位：硕士2014年5月20日华中科技大学文华学院毕业设计（论文）1目录摘要..............................................................................................................2Abstract........................................................................................................3前言................................................................................................................4第一章直流调速系统的现状....................................................................5第二章直流电机调速系统........................................................................72.1直流电机调速系统的概述.................................................................................72.1.1旋转变流机组直流电机调速系统..............................................72.1.2静止式可控整流器调速系统......................................................82.1.3直流斩波器或脉宽调速.............................................................92.2电机基本调速方法...............................................................................................92.2.1电枢串电阻调速........................................................................102.2.2弱磁调速....................................................................................102.2.3调压调速....................................................................................112.3转速控制的要求和调速指标..........................................................................112.4闭环调速系统......................................................................................................122.4.1单闭环调速系统.......................................................................12第三章调速系统的直流脉宽调制..........................................................143.1PWM变换器..........................................................................................................143.1.1简单的不可逆PWM变换器.......................................................143.1.2制动不可逆PWM变换器...........................................................14第四章PWM直流电动机调速系统的设计..........................................174.1PWM-M直流调速系统的控制电路....................................................174.2直流脉宽调速系统的MATLAB仿真.........................................................184.2.1引言...........................................................................................184.2.2双闭环控制的脉宽调速系统的仿真模型................................184.2.3系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析...........................20结束语..........................................................................................................24参考文献......................................................................................................25致谢............................................................................................................26华中科技大学文华学院毕业设计（论文）2直流PWM调速系统研究摘要采用单片机构成的直流电机数字PWM调速系统，其控制核心主要由单片机、转速电流输入通道、键盘显示模块、数字PI调节器、数字PWM波形发生器等组成，可实时采集转速和电流，由软件编程实现转速电流数字PI调节器的运算并产生数字PWM波[1]。系统通过对电流和转速两个参数的实时采集和处理，实现了直流电动机的实时数字PWM控制，在运行中获得了良好的动静态性能。由于系统结构简单，具有实用价值和推广意义。关键词：调速，PWM控制，直流电动机，仿真华中科技大学文华学院毕业设计（论文）3ReserchonspeedregulationsystemofDCPWMAbstractIntheelectricdrivesystem,TheDCDrivingSystemwhichadjustsvoltageisthewidestusedinthespeedcontrolmethods.BesidestousethethyristorrectifiertoadjustDCvoltage,alsoitcouldusetheotherpowerelectroniccomponents’controlledperformance.Usingpulsewidthmodulationtechnology.DirectlytomodulatetheconstantDCvoltageintovariable-polarity,sizeadjustableDCvoltage.toachievethesmoothregulationofthedcmotorvoltage.ConstitutingaDCmotorPWMspeedcontrolsystem.Finally,withtheMATLAB-Simulink,itusethesimulationtechniquefortheelectricprinciplechart,tomakethesimulationanalysisforthePWMspeedcontrolsystemoftheDCmotor.Keywords:speedregulation,PWMcontrol,DCmotor,simulation华中科技大学文华学院毕业设计（论文）4前言在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。一次是元器件的更新，即以大功率半导体器件晶闸管取代传统的变流机组，以线形组件运算放大器取代电磁放大器件。后一次技术更新主要是把现代控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器由模拟式进入了数字式。在前一次技术更新中，电气系统的动态设计仍采用经典控制理论的方法[2]。而后一次技术更新是设计思想和理论概念上的一个飞跃和质变，电气系统的结构和性能亦随之改观。在整个电气自动化系统中，电力拖动及调速系统是其中的核心部分。现代的电力拖动控制系统都是由惯性很小的晶闸管、电力晶体管或其他电力电子器件以及集成电路调节器等组成的。经过合理的简化处理，整个系统一般都可以用低阶近似。而以运算放大器为核心的有源校正网络（调节器），和由R、C等元件构成的无源校正网络相比,又可以实现更为精确的比例、微分、积分控制规律,于是就有可能将各种各样的控制系统简化和近似成少数典型的低阶系统结构。如果事先对这些典型系统作比较深入的研究,把它们的开环对数频率特性当作预期的特性,弄清楚它们的参数和系统性能指标的关系,写成简单的公式或制成简明的图表,则在设计实际系统时,只要能把它校正或简化成典型系统的形式,就可以利用现成的公式和图表来进行参数计算,这样,就建立了工程设计方法的可能性。目前，随着大功率电力电子器件的迅速发展，交流变频调速技术已日臻成熟并日渐成为实际应用的主流，但这并不意味着传统的直流调速技术已经完全退出了实际应用的舞台。相反，近几年交流变频调速在控制精度的提高上遇到了瓶颈，于是直流调速的优势就显现了出来[3]。鉴于直流调速系统在国民经济和工农业生产以及国防事业中的重要作用，有必要对直流调速系统作进一步的研究和开发。本文共分为四章，主要针对直流调速系统的PWM控制进行相关研究。第一章主要概述了直流电机调速系统的研究背景与发展现状；第二章介绍了直流电机调速系统的理论基础，简要介绍了调速的原理和结构；第三章介绍了脉宽调制原理及对目前常用的各种PWM变换器进行了分析；第四章对基于PWM控制技术的直流电机调速系统进行了设计，并运用计算机软件对其进行了仿真研究；最后对全文进行了总结。华中科技大学文华学院毕业设计（论文）5第一章直流调速系统的现状本文基于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SG3525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。调速系统包括直流调速系统和交流调速系统两大类。由于直流电动机的电压、电流和磁通之间的耦合较弱，使直流电动机具有良好的机械特性，能够在大范围内平滑调速，启动、制动性能良好，故其在20世纪70年代以前一直在高精度、大调速范围的传