【正文】 電路線(xiàn)路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少。1. 對(duì)不可逆和單極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)在電流連續(xù)情況下的電流脈動(dòng)與轉(zhuǎn)速脈動(dòng)進(jìn)行分析，得到 (22) （23）當(dāng)ρ=，脈動(dòng)量達(dá)最大 (24) (25) 對(duì)雙極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)在電流連續(xù)情況下的電流脈動(dòng)與轉(zhuǎn)速脈動(dòng)進(jìn)行分析，得到 (26) (27) (28)2. 脈寬調(diào)制器和PWM變換器合起來(lái)可以看成是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)在滿(mǎn)足時(shí)，可近似為 (29)求出脈寬調(diào)制變換器的傳遞函數(shù)后，便可畫(huà)出雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖[8]。低速平穩(wěn)性好，可達(dá)到很寬的調(diào)速范圍。但是這個(gè)交變電流使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高頻微振，可以消除電動(dòng)機(jī)正、反向切換時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用，有利于快速切換。因此其平均電壓Ud計(jì)算公式為：式中a一ton/T為PWM波形的占空比；由上式可知，電樞繞組所受的平均電壓取決于占空比α的大小，當(dāng)α=0時(shí)，Ud=Us，電動(dòng)機(jī)反行，且速度最大；當(dāng)α=1時(shí)，Ud=Us，電動(dòng)機(jī)正行，且速度最大。 (b) 反向運(yùn)行，如圖211所示 第1階段，在0≤tton期間，ub2 、ub3為負(fù)，VT2和VT3截止，VD1， VD4續(xù)流，并鉗位使VT1和VT4截止。組內(nèi)兩器件VTl，VT4同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，兩組間的器件VTI， VT4和VT2，VT3則是交替的導(dǎo)通和關(guān)斷，其柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)規(guī)律為ub1 =ub4，ub2=ub3=ub1。（三）脈寬調(diào)制變換器[1][3][4][5][10] 可逆PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)有H型，T型等類(lèi)型，本論文主要討論的是常用的H型變換器，它是由4個(gè)電力晶體管和4個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。它經(jīng)一電阻RSD接零，從而整定退飽和保護(hù)閡值；12腳:功率晶體管集電極電流限制端。8腳:最大導(dǎo)通時(shí)間整定端。它經(jīng)一電阻RT接零，從而整定tonmin，在1~12181。大規(guī)模集成電路UAA4002是為一塑封16引線(xiàn)雙列直插式集成電路，是由法國(guó)湯姆森半導(dǎo)體公司研制和生產(chǎn)。當(dāng)Uc0時(shí)，輸入端合成電壓被降低，正的寬度減小，鋸齒波過(guò)零時(shí)間后移，經(jīng)倒相，得到正半波比負(fù)半波寬的輸出信號(hào)（圖27c）。它的輸入端有三個(gè)信號(hào)，除Uc外，還有調(diào)制信號(hào)Ua（也就是圖25的Uo2）和偏移電壓Ub。圖25 鋸齒波發(fā)生器（二）脈寬調(diào)制器[4]這是最關(guān)鍵的部件，它是將輸入直流控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成為與之成比例的方波電壓信號(hào)，以便對(duì)電力晶體管進(jìn)行控制，從而得到希望的方波輸出電壓。電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速n由測(cè)速發(fā)電機(jī)TG測(cè)量，速度反饋信號(hào)Un 與速度給定電壓Um* 同時(shí)加在速度調(diào)節(jié)器ASR的輸入端，構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的速度外環(huán)。圖23是脈寬調(diào)制型調(diào)速系統(tǒng)原理圖和波形圖。5%（或177。2%）所需的最小時(shí)間定義為調(diào)節(jié)時(shí)間。 調(diào)節(jié)時(shí)間又稱(chēng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，它衡量系統(tǒng)整個(gè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程的快慢。對(duì)于不同變化方式的給定信號(hào)，其輸出響應(yīng)不一樣。 （2）靜差率S 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載變到額定負(fù)載時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落Δnnom與理想空載轉(zhuǎn)速n0稱(chēng)為靜差率S，即 顯然，靜差率表示調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度，它和機(jī)械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度就越高。例如，調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)調(diào)速范圍和靜差率，位置隨動(dòng)系統(tǒng)的定位精度和速度跟蹤精度，張力控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)張力誤差等等。對(duì)頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求盡快地加、減速，縮短起、制動(dòng)時(shí)間，以提高生產(chǎn)率；對(duì)不宜經(jīng)受劇烈速度變化的生產(chǎn)機(jī)械，則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔（有級(jí)）地或者平滑（無(wú)級(jí)）地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。改變電樞電壓可通過(guò)多種途徑實(shí)現(xiàn)，如利用晶閘管供電速度控制系統(tǒng)、大功率晶體管速度控制系統(tǒng)、直流發(fā)電機(jī)供電速度控制系統(tǒng)及晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等[1][3]。由于Φ=F(If),當(dāng)改變勵(lì)磁電流If時(shí)，可以改變磁通量Φ的大小，從而達(dá)到改變磁通調(diào)速的目的。3. 采用visio 2003 軟件對(duì)相關(guān)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪制。 論文的主要內(nèi)容本文是設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的控制電路為電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)、主電路為雙極性可逆H形直流脈寬調(diào)速的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。上述這些不通的工業(yè)要求，都是靠電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。5. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線(xiàn)邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線(xiàn)，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。4. 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。目前全世界有200多廠家生產(chǎn) 300多品種PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車(chē)（23%）、糧食加工（%）、化學(xué)/制藥（%）、金屬/礦山（%）、紙漿/造紙（%）等行業(yè)。 PLC的發(fā)展概述 1968年美國(guó)GM（通用汽車(chē)）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國(guó)數(shù)字公司研制出了第一土改可編程序控制器，滿(mǎn)足了GM公司裝配線(xiàn)的要求。1957年，可控的半導(dǎo)體器件晶閘管問(wèn)世，由它組成的靜止式可控整流裝置無(wú)論在運(yùn)行性能上還是在可靠性上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，60年代成了晶閘管的時(shí)代，這種靜止式變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)稱(chēng)為晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)VM系統(tǒng)）。直流電機(jī)變壓和弱磁調(diào)速可以比較好的滿(mǎn)足這些要求，于是誕生了旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系（WardLeonard系統(tǒng)），簡(jiǎn)稱(chēng)GM系統(tǒng)。 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史概述電機(jī)調(diào)速的發(fā)展與電力電子技術(shù)的發(fā)展是不可分離的，電機(jī)調(diào)速和電力電子技術(shù)相互結(jié)合，相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代的電氣傳動(dòng)控制：一弱點(diǎn)檢測(cè)、判斷并發(fā)出控制信息，用強(qiáng)電來(lái)執(zhí)行控制的使命。 基于PLC的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史概述 1 可編程控制器PLC 2 PLC的發(fā)展概述 2 PLC的特點(diǎn) 3 選題背景及論文主要內(nèi)容 4 選題背景 4 論文的主要內(nèi)容 4第 2 章 直流調(diào)速系統(tǒng) 6 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) 6 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 7 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 8 PWM直流調(diào)速系統(tǒng) 10 直流電動(dòng)機(jī)的PWM控制原理 10 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 11 PWM調(diào)速系統(tǒng)的主要參數(shù) 17 雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 19 電流、轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié) 19 設(shè)計(jì)中的調(diào)節(jié)器計(jì)算 21 雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程 25第 3 章 現(xiàn)代PLC控制技術(shù) 27 PLC的組成和分類(lèi) 27 PLC的工作原理 27 PLC電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和步驟 29 PLC的硬件設(shè)計(jì)的一般步驟 29 PLC軟件設(shè)計(jì)的一般步驟 30 設(shè)計(jì)中用到的模塊 31第 4 章 基于PLC的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 設(shè)計(jì)任務(wù) 33 脈寬調(diào)制系統(tǒng)特有部分設(shè)計(jì) 33 PLC硬件設(shè)計(jì) 35 PLC 軟件設(shè)計(jì) 37結(jié)束語(yǔ) 39致謝 40參考文獻(xiàn)（主要及公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)） 41附錄 43 第 1 章 引 言傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用的是繼電器控制，加PI 調(diào)節(jié)器及校正裝置，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，PLC 控制的直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制[13][14]。隨著技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)工藝對(duì)電機(jī)控制提出了越來(lái)越高的要求，諸如精確穩(wěn)定的運(yùn)行速度、無(wú)極調(diào)速、快速反向、準(zhǔn)確定位等等。為了解決這些矛盾，人們開(kāi)始采用水銀整流器和閘流管等靜止變流裝置來(lái)代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，形成所謂的離子傳動(dòng)控制系統(tǒng)。由于到90年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)，也簡(jiǎn)稱(chēng)為PC；加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國(guó)AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller），為了方便，仍簡(jiǎn)稱(chēng)PLC為可編程序控制器[6][15]。由于 PLC人機(jī)聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進(jìn)步，擠占了一部分DCS的市場(chǎng)（過(guò)程控制）并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè)，但是由于工業(yè)PC（IPC）的出現(xiàn)，特別是近年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場(chǎng)，所以近年來(lái)PLC增長(zhǎng)速度總的說(shuō)是漸緩。2. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線(xiàn)及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。3. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。 6. 體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)其工藝特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械和拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)也不斷提出各種不同的要求，有的要求電動(dòng)機(jī)能迅速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；有的要求多臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速按一定得比例協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)；有的要求電動(dòng)機(jī)達(dá)到極慢的穩(wěn)速運(yùn)動(dòng)；有的要求電動(dòng)機(jī)啟、制動(dòng)平穩(wěn)，并能準(zhǔn)確地停止在給定的位置。從直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能來(lái)講，具有一定得意義。2. 對(duì)現(xiàn)代PLC控制技術(shù)進(jìn)行了研究。 可得，當(dāng)分別改變UN、ΦN和Rad時(shí)，可以得到不同的轉(zhuǎn)速!，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)節(jié)。特性，通過(guò)改變電樞電壓調(diào)節(jié)直流電機(jī)速度的方法被廣泛采用。 各種生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出了不同的轉(zhuǎn)速控制要求，歸納起來(lái)有以下三個(gè)方面[1][3]： （1）調(diào)速。 （3）加、減速控制。 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的性能指標(biāo)稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，又稱(chēng)靜態(tài)指標(biāo)。在設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，通常視nmax為