PWM直流脉宽调速系统设计论文.doc

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1、.摘要以电力电子学和电机调速技术为基础，本文设计了一种基于直流脉宽调速控制技术的直流电机调速系统。为了得到较好的动静态性能，该控制系统采用了双闭环控制，同时速度调节器和电流调节器都选用PI调节器。本调速系统采用半桥型电路作为主电路,它相当于降压斩波电路和升压斩波电路的串联组合,选用全控型器件IGBT作开关器件。控制电路以集成PWM控制器SG3525为核心,3525输出的脉宽调制信号经LM1413放大后作为IGBT的驱动信号。实验证明本调试系统直流电压大小调节和电机可逆运行的实现非常方便，并具有较硬的静特性和机械特性。关键词:升/降压斩波电路；SG3525；直流脉宽调速..目录摘要II

2、IABSTRACTIV第1章引言11.1直流拖动系统11．2调速系统的性能指标11.3课题来源21.4文献综述31.5直流电机参数5第2章PWM直流调速系统总体介绍与主电路原理62.1电路组成及系统分析62.2主电路工作原理62.3主电路的组成8第3章PWM控制电路103．1PWM基本原理103．2PWM的理论基础113．3PWM实现方法123．4直流电机的PWM控制技术13第4章转速调节器和电流调节器的设计184.1PID调节器的基本原理184.2速度调节器ASR194.3电流调节器ACR204.4触发输入及保护装置（CSR）214.5PWM波形发生器244.6电流检测244.7给

3、定单元24致25参考文献26..第1章引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。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

4、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。1.1直流拖

5、动系统直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系可表示为..式中n———转速（r/min）；U———电枢电压（V）；I———电枢电流（A）；R———电枢回路总电阻（）；ф———励磁磁通（wb）；Ke———由电机结构决定的电动势常数。由上式可以看出，调节电动机的转速有三种方法：1）调节电枢供电电压U:即保持R和Φ不变，通过调节U来调节n，是一种大围无级调速方式。2）减弱励磁磁通:即保持Φ和U不变，通过减少Φ来升高n，是一种小围无级调速方式。3）改变电枢回路电阻R:即保持U和Φ不变，通过调节R来调节n，是一种大围有级调速方式。对于要求在一定围无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为

6、最好。改变电阻只能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速围不大。1.2调速系统的性能指标1.稳态性能指标1)调速围生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫调速围，用字母D表示，即其中和一般都指电动机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。在直流电机调压调速系统中，常以电动机的额定转速为最高转速。2)静差率当系统在某一转速下运行时负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落△n，与理想空载转速n之比，称作静差率，即显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化下的稳定度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。

7、然而，静差率和机械特性硬度又是有区别的。静差率不仅与转速降落有关，还与理想空载转速的大小有关。2.动态性能指标调速系统的动态性能指标包括跟随性能指标和抗扰性能指标两类。1)跟随性能指标在给定信号(或称参考输人信号)R(t)的作用下，系统输出量C(t)的变化可用跟随性能指标来描述通常使用阶跃响应性能指标，即以输出量的初始值为零，给定信号阶跃变化下的过渡过程为典型的跟随过程。一般希望在阶跃响应中输出量C(t)与其稳态值的偏差越小越好，达到C的时间越快越好。具体