电力拖动自动控制系统课程设计-数字PWM(双极式)直流调速系统

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1、数字PWM（双极式）直流调速系统设计目录:1直流调速系统的介绍11.1引言11.2PWM直流调速系统11.3PWM控制和双极式的实现21.4系统优化22系统分析与设计32.1设计内容及指标32.2系统分析32.3电流调节器设计52.3.1确定时间常数52.3.2选择电流调节器结构52.3.3计算电流调节器参数62.3.4电流调节器的实现62.3.5检验近似条件72.4转速调节器设计82.4.1确定时间常数82数字PWM（双极式）直流调速系统设计2.4.2选择转速调节器结构82.4.3计算转速调节器参数8数字PWM（双极式

2、）直流调速系统设计2.4.4转速调节器的实现92.4.5检验近似条件92.4.6检验转速超调量102.5系统原理图103数字化调速系统113.1数字化调速系统的优点113.2模拟量的数字化113.2.1模拟信号的采样113.2.2转速检测数字化123.2.3电流检测数字化143.3A/D转换器的选择143.4软件程序流程图143.5硬件连接图144总结15参考文献16数字PWM（双极式）直流调速系统设计1直流调速系统的介绍1.1引言近年来，交流调速系统发展很快。虽然高性能的交流调速系统已经逐步取代直流调速系统，然而，直流

3、调速系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在大量应用；而且，从控制规律的角度来看，直流调速系统又是交流调速系统的基础。因此，作为大学毕业生，应该很好地研究学习直流调速系统。变压调速是直流调速系统的主要调速方法，可以使直流电动机获得很好的调速性能。采用可控晶闸管组成整流器的是晶闸管整流器—电动机调速系统，简称V—M系统。通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器的平均输出直流电压，从而实现直流电动机的平滑调速。1.2PWM直流调速系统尽管V—M系统调速性能优越，但是，由于晶闸管是单向导电的，给电动机

4、的可逆运行带来困难，还有在低速运行时易产生“电力公害”等缺点，自从全控型电力电子器件问世，就产生了以脉冲宽度调制的高频开关控制方式，从而形成了脉宽调制变换器—直流电动机调速系统，简称为直流脉宽调速系统（或者直流PWM调速系统）。与V—M系统相比，直流PWM调速系统具有其他调速方式所不具备的几大特点：1．直流PWM调速系统主电路线路简单，需用的电力电子器件少；2.开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；3．低速性能的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强；5．电力电子开关器件好，稳速精度高

5、，调速范围宽；18数字PWM（双极式）直流调速系统设计4．若与快速响应工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；6．当直流电源采用不可控整流时，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，特别在中小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了V—M系统。1.3PWM控制和双极式的实现PWM控制就是采用PWM变换器，控制相应的电子开关状态，用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以根据

6、要求调节电动机的转速。现代运动系统中，许多都要求可以实现电机正反转，快速制动等机械要求，PWM调速系统的可逆控制比较简单。通过控制全控型电力电子器件的开关状态，改变电动机两端的电压极性，故称为双极式直流PWM调速系统。通过对器件的开关控制，不仅可以改变电动机的平均电压，实现调速要求，而且可以改变电动机的电压极性，实现对电机运行状态的控制。（原理图见附图一）1.4系统优化尽管通过控制器件的开关状态，改变电动机电枢上的平均电压值，能够实现对电机的准确调速和运行状态的可靠控制，但是，因为电网波动及其他包括机械扰动在内的一些因素

7、的存在，单纯的调速控制系统的调速性能并不理想。我们想得到的是调速准确迅速，调速范围宽，静差率低的调速系统。为了很好地实现这一目的，我们可以采用转速、电流反馈控制的直流调速系统。通过引入转速、电流反馈信号，大大提高系统的调速性能，因此得到广泛地应用。18数字PWM（双极式）直流调速系统设计2系统分析与设计2.1设计内容及指标主要内容：㈠项目参数：⑴直流电动机相关参数：额定电压110V，额定电流2.9A，额定转速2400r/min，电枢电阻Ra=3.4欧，电枢电感La=60.4mH，转动惯量0.014Kg.m2励磁电压110

8、V，励磁电流0.5A；电枢允许过载系数1.5；⑵运行环境参数：电网额定电压380/220V，电网电压波动10%，环境温度-400~+500，环境湿度10~90%；⑶控制系统性能指标：电流超调量不大于5%，空载起动到额定转速时的转速超调量不大于20%，调速范围D=20，静差率不大于0.03,系统采用双闭环可逆运行。2.