直流脉宽调速系统设计

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1、作品名称：直流脉宽调速系统设计计所属学院：电气工程学院电摘要本文针对直流电动机调速系统的要求，设计了一款基于DSP的直流脉宽调速系统。详细推导了直流电机的数学模型。对系统内各环节进行了数学模型的建立，阐述了数字式控制系统整体方案，解决了PWM发生、电机电流检测、转速检测、功率隔离等关键技术问题。并推导了带死区和积分饱和修正的PID控制算法。本文基于仿真软件PSIM对系统进行了仿真，验证了系统设计的可行性和参数设计的合理性。最终确定了最优的仿真参数，对硬件设计提供参考。构建了基于TMS320F28

2、12的直流电机调速系统的硬件平台。设计完成了TMS320F2812最小系统硬件电路、功率MOSFETH桥驱动电路、光耦隔离电路、霍尔电流采集处理电路、交流电机测速电路、温度监测电路、故障保护电路。对各部分电路进行了详尽的阐述。在CCS3.3环境下进行了系统程序设计。编写了包括PWM发生、信号AD转换、改进的PID控制算法、按键控制、LCD液晶显示等完整程序。最后，以54V，125W直流电动机进行了实验，用示波器观察了系统中的关键波形。对系统设计的正确性、可靠性等进行了验证。对基于工程设计法完成的

3、PID参数进行了改进。关键词　直流电动机;PWM调速;DSP;数字控制;PSIM目录摘要X第1章绪论11.1课题背景11.2研究现状31.3转速、电流双闭环控制全数字化41.4本课题研究内容4第2章直流脉宽调速原理62.1直流电动机调速原理62.2直流电动机单极性驱动可逆PWM系统92.3直流电动机双极性驱动可逆PWM系统122.4本章小结14第3章系统硬件设计153.1系统硬件电路构成153.2DSP芯片外围电路设计163.3功率板电路设计183.3.1功率板控制部分电路设计183.3.2功率

4、板控制部分电路设计213.3.3故障保护电路设计243.3.4功率电路设计263.4硬件可靠性设计283.5PCB实物展示303.6本章小结31第4章控制策略324.1PID控制器简介324.1.1PID控制算法特点324.1.2PID控制器结构和原理334.2双闭环控制器简介344.3PID控制算法的数字化354.3.1PID控制算法数字化354.3.2数字式PID控制算法的实现过程364.3.3数字PID参数整定374.4本章小结40第5章控制系统软件设计415.1软件设计思想415.2控制

5、系统主程序设计435.3各功能模块程序设计4415.3.1系统初始化程序模块455.3.2PWM驱动模块455.3.3ADC模块465.3.4ADC校准及模拟采样信号的数字滤波465.3.5PID算法模块485.5本章小结51第6章仿真及实验结果526.1系统实际参数526.2基于PSIM环境下的系统仿真536.2.1PSIM环境下的原理图536.2.2PSIM环境下的仿真结果分析536.4控制系统实验结果及分析576.4.1实验系统简介576.4.2实验结果记录及分析586.5本章小结59结论

6、60参考文献611第1章绪论1.1课题背景电动机是一种将电能转换为机械能的电磁机械装置，主要用来驱动各种功能用途的生产装置和机械，以满足各种场合的驱动要求。电动机作为一种动力设备，广泛应用于各种机械场合，如冶金行业的转炉、轧钢机和高炉等，交通运输业的电动自行车、电动汽车和电动机车等；采矿业中的鼓风设备、起吊设备、采掘设备等；农业中的灌溉、农产品加工等；以及家用中洗衣机、空调和冰箱。可以说电动机涉及人们生产生活的各行各业。根据供电电源的不同，电动机可以分为直流电动机和交流电动机。交流电动机又可分为

7、交流感应电动机和交流异步电动机。纵观电动机的发展史，可以大致分为三个时期：（1）直流电动机的产生时期；（2）交流电动机产生时期；（3）电机设计制造工艺和理论研究基本完善的时期。直流电动机问世早，电动机发展的初期主要是直流电动机的发展时期。在19世纪中叶后，由于在生产（如：电镀、电报、电动机电源、电解等）上的需要，直流电动机得到了充分的改进和发展。到1870年，鼓形电枢绕组提出，并一直沿用至今，这是直流电动机的又一次较大的发展。但是到1882年，人们认识到直流远距离输电的弱点，及随着装机容量的不断

8、增大，直流电动机换向也越来越困难。人们逐渐向交流电动机发展。一直到20世纪上半叶，由于直流电动机有优异调速性能，使其占据了高性能调速场合应用，而交流电动机由于调速性能差，导致约占电力拖动容量70%多的交流电动机用于不变速系统中。虽然交流电动机调速方案已经问世很早，但其性能却无法与直流电动机匹敌。直到20世纪60～70年代。随着新型电力电子器件的出现，使得采用电力电子变换器的交流调速系统产生，打破了直流电动机在调速系统中的垄断格局。62目前，相比于直流电动机存在的限制，交流电动机调速系统得到了很大