【正文】 M 波代替正弦半波 要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng) i(t)也是周期性的。 圖 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 面積等效原理： 分別將如圖 所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（ RL 電路）上，如圖 。 圖 電樞電壓“占空比”與平均電壓關(guān)系圖 Vd=Vmax D PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 PWM 的 理論基礎(chǔ) 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同 。 如圖 所示，在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時，速度增加；電機(jī)斷電時，速度逐漸減少。 PWM 可以應(yīng)用在許多 方面，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。因此設(shè)計(jì)出一種半橋型可逆 PWM 調(diào)速電路，即用一套升 /降壓斬波 電路通過一個轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換既可用于電機(jī)的正轉(zhuǎn)也可用于電機(jī)的反轉(zhuǎn) ,它與 H 橋電路相比節(jié)省了兩D1D2 D4D3PT1NT2AT3T4BM圖 H 型橋式變換電路 圖 半橋變換電路 PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 個開關(guān)器件，而且大大簡化了電路，狀態(tài)開關(guān)的連接如圖 ，當(dāng) A接 COM, B接 N時，電機(jī)正轉(zhuǎn)（工作在Ⅰ、Ⅱ象限），當(dāng) A接 N， B接 COM 時，電機(jī)反轉(zhuǎn)（工作在Ⅲ、Ⅳ象限）。在 T2截止的 Toff 時間內(nèi)，由于電感電流不能突變，電流 iAB經(jīng) D1續(xù)流， vAB=vPN， A、 B兩端電壓的平均值 VAB= ToffVPN/(Ton+Toff)=（ 1－α） VPN,可見當(dāng) T1 截止時由 T D1 構(gòu)成了一個升壓斬波電路， vAB＞ 0, iAB＜ 0，電機(jī)工作在正向制動狀態(tài)，將電能回送 給直流電源。 降壓斬波電路與電機(jī)的電動狀態(tài) 圖 中如果始終保持 T4 導(dǎo)通、 T3 關(guān)斷（ 則 如圖 所示），并使 T2截止、 T1周期性地通斷，在 T1 導(dǎo)通的 Ton 時間內(nèi)， vAB=vPN＞ 0,iAB＞ 0。 電機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)測速發(fā)電機(jī)以及 FBS(轉(zhuǎn)速變換器）輸出到 ASR(轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 )， 作為 ASR 的輸入并和給定電壓比較，組成系統(tǒng)的外環(huán) ,ASR 的輸出作為 ACR(電流調(diào)節(jié)器 )的輸入并和主電路電流反饋信號進(jìn)行比較作為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)。只要改變 T1,T2 導(dǎo)通時間 Ton 的大小即改變給 T1,T2所加門極驅(qū)動動信號脈沖的寬度即可改變 VAB和 IAB的大小調(diào)控直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。若 T2 截止， T1 周期性地通斷，在 T1導(dǎo)通的 Ton 時間內(nèi)，形成電流回路 PT1 ABN， 此時 VAB＞ 0,IAB＞ 0。 UN=220V?；蛘哒f，此時控制精度最高，控制速度最快 直流并勵電動機(jī) 型號： ZYDJ04 功率： PN=150W 電樞電壓： UN=220V 電樞電流： IN= 測速發(fā)電機(jī)： 48V/2400r/min 南昌工程學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 第 2 章 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)總體介紹與主電路原理 直流脈寬調(diào)速電路原理圖如圖 所示 ,其中直流斬波電路可看成降壓型變換器和升壓型變換器的串聯(lián)組合 ,采用 IGBT(800V/5A)作為自關(guān)斷器件 ,二極管（ 2ZCP12）續(xù)流，利用集成脈寬調(diào)制控制器 SG3525產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號作為驅(qū)動信號 ,由兩個 IGBT及其反并聯(lián)的續(xù)流二極管組成。在微分環(huán)節(jié)中設(shè)置一個可變電容器，用來調(diào)節(jié)微分時間值。因此，這個快速變化的偏差很快就會造成很大的偏差。在轉(zhuǎn)速的 PI 控制系統(tǒng)中，只要有靜差的存在，積分環(huán)節(jié)就要工作，一直到靜差為 0時，積分環(huán)節(jié)才停止工作。 PI 反饋網(wǎng)絡(luò)是由一些電阻和電容組成的線性網(wǎng)絡(luò)。它不僅簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而且使系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)特性。利用單片微機(jī)邏輯功能強(qiáng)和軟件靈活的優(yōu)點(diǎn)，不僅可使很多控制硬件軟件化，且便于參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整，同時可以對系統(tǒng)工作中的各種信息數(shù)據(jù)作診斷，檢洲并及時處理，加強(qiáng)實(shí)時維護(hù)和提高控制系統(tǒng)的可靠性。利用 SLMULINK中仿真功能對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，仿真的結(jié)果證明了該方法的可行性、合理性。運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法工作量大，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy。 利用模擬電路仿真實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，生動直觀地再現(xiàn)了調(diào)速系統(tǒng)的起動過程及抗擾過程，說明了調(diào)節(jié)器的有關(guān)設(shè)計(jì)問題，將抽象的理論問題變得直觀易懂，取得了較好的教學(xué)效果，該方法同樣適用于學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)其他各種自動控制系統(tǒng)。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)引入 80C196KC單片機(jī)控制后，整個系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)算速度快、邏輯判斷能力強(qiáng)，靜動態(tài)特性良好，抗負(fù)載及電網(wǎng)電壓擾動能力強(qiáng)，穩(wěn)速精度高，節(jié)省了設(shè)備的投資、提高了設(shè)備的利用率，在自動控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與科研以及工業(yè)電力拖動裝置的改造等方面具有較好的應(yīng)用價(jià)值 [13]。增添了新的 256 字節(jié)寄存器，使得每個服務(wù)程序都可能擁有自已的寄存器組，而在服務(wù)程序的人口和出口 處，可以用簡單的垂直窗口切換代替常用的人棧和出棧指令。 80C196KC 單片機(jī)是 INTEL 公司新一代高性能、低功耗 l6 位單片機(jī)，具有豐富的軟硬件資源和較強(qiáng)的抗干擾能力，它是 MCS～ 96系列的芯片中第三類產(chǎn)品，內(nèi)含 A／ D轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的 PWM 直流傳動系統(tǒng)常采用的主功率元件一般為功率晶體管 (GTR)，隨著驅(qū)動對象的日益復(fù)雜和系統(tǒng)性能及可 靠性的逐步提高，采用場控器件 絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)的逐漸增多，這里就是采用 IGBT 作為主電路的控制元件。 80年代，以晶閘管為功率開關(guān)器件的斬波調(diào)速器以其無級、高效、節(jié)能而得到大力推廣但晶閘管斬波調(diào)速器不足之處是晶閘管一旦被觸發(fā)，其關(guān)斷必須依賴換流電容和換流電感振蕩產(chǎn)生反壓來實(shí)現(xiàn)．換流電容和電感增加了裝置的成本，也增加了換流損耗；電源電壓下降還會導(dǎo)致?lián)Q流失敗，使系統(tǒng)的可靠性降低；此外，由于晶閘管的開、關(guān)時間比較長，加上存在換流環(huán)節(jié)，使得斬波器的工作頻率不能太高 (一般在300Hz 以下 )，電機(jī)上的力矩脈動和電流脈動比較嚴(yán)重。目前國內(nèi)各大專院校，科研單位和廠家也都在開發(fā)直流調(diào)速裝置，但大多數(shù)調(diào)速技術(shù)都是結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)中， 而在民用中應(yīng)用相對較少，所以應(yīng)用已有的成熟技術(shù)開發(fā)性能價(jià)格比高 ，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的直流調(diào)速單元，將 有廣闊的應(yīng)用前景。定義為從加輸人量的時刻起，到輸出量進(jìn)人其穩(wěn)態(tài)值的誤差帶 (一般取 5%或 2%)，響應(yīng)曲線達(dá)到且不再超出該誤差帶所需的最短時間。它表示動態(tài)響應(yīng)的快速性。 調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)包括跟隨性 能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)兩類。 2)靜差率 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時負(fù)載由理想空載增加到額定值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落△ n，與理想空載轉(zhuǎn)速 n 之比，稱作靜差率，即 顯然，靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下的穩(wěn)定度的。 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。 直流拖動系統(tǒng) 直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速和 其他參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為 式中 n——— 轉(zhuǎn)速（ r/min）； U——— 電樞電壓 （ V）； I——— 電樞電流 （ A）； R——— 電樞回路總電阻（ ） ； ф ——— 勵磁磁通（ wb）； Ke——— 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。 現(xiàn)代的電力拖動控制系統(tǒng)都是由慣性很小的晶閘管、電力晶體管或其他電力電子器件以及集成電路調(diào)節(jié)器等組成的。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進(jìn)入了數(shù)字式。 實(shí)驗(yàn)證明本調(diào)試系統(tǒng)直流電壓大小調(diào)節(jié)和電機(jī)可逆運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)非常方便，并具有較硬的 靜特性和機(jī)械特性。南昌工程學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)論文 1 摘 要 以電力電子學(xué)和電機(jī)調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)，本文設(shè)計(jì)了一種基于 直流脈寬調(diào)速 控制技術(shù)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)?？刂齐娐芬约?PWM控制器 SG3525 為核心 ,3525 輸出的 脈寬調(diào)制信號 經(jīng) LM1413 放大后作為 IGBT 的驅(qū)動信號。一次是元器件的更新，即以大功率半導(dǎo)體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機(jī) 組，以線形組件運(yùn)算放大器取代電磁放大器件。在整個電氣自動化系統(tǒng)中，電力拖動及調(diào)速系統(tǒng)是其中的核心部分。如果事先對這些典型系統(tǒng)作比較深入的研究 ,把它們的開環(huán)對數(shù)頻率特性當(dāng)作預(yù)期的特性 ,弄清楚它們的參數(shù)和系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系 ,寫成簡單的公式或制成簡明的圖表 ,則在設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)時 ,只要能把它校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式 ,就可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來進(jìn)行參數(shù)計(jì)算 ,這樣 ,就建立了工程設(shè)計(jì)方法的 可能性。 3）改變電樞回路電阻 R:即保持 U和 Φ 不變，通過調(diào)節(jié) R來調(diào)節(jié) n，是一種大范圍有級調(diào)速方式 。在直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，常以電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 為最高轉(zhuǎn)速 。靜差率不僅與轉(zhuǎn)速降落有關(guān)，還與理想空載轉(zhuǎn)速的大小有關(guān) 。具體的指標(biāo)有下列幾項(xiàng) : (1)上升時間 在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值 C所經(jīng)過的時間稱為上升時間。 (3)調(diào)節(jié)時間 t, 調(diào)節(jié)時間又稱過渡過程時間，它衡量系統(tǒng)整個調(diào)節(jié)過程的快慢。 目前，直流調(diào)速技術(shù)的研究和應(yīng)用已達(dá)到比較成熟的地步，尤其是隨著全數(shù)字直流調(diào)速的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)研究 直流電動機(jī)因其可以方便地通過改變電樞電壓和勵磁電流實(shí)現(xiàn) 寬范圍的調(diào)速而得到廣泛的應(yīng)用．調(diào)節(jié)電樞串聯(lián)電阻來改變電樞上的電壓，是最經(jīng)典的直流電機(jī)調(diào)速方法，有相當(dāng)部分的電能消耗在所串聯(lián)電阻上，很不經(jīng)濟(jì)。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型電力電子器件的不斷涌現(xiàn)，直流 PWM 驅(qū)動技術(shù)近年來發(fā)展更加迅速，由其構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)也已成為現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的佼佼者，受到越來越多電氣控制技術(shù)人員的重視。實(shí)現(xiàn)顯示、命令輸入、循環(huán)檢測、過壓過流保護(hù)及軟件 PI 調(diào)節(jié)功能。在中斷服務(wù)程序或子程序中，其優(yōu)點(diǎn)尤其顯得突出。本系統(tǒng)中，對轉(zhuǎn)速的測量、 A／ D 轉(zhuǎn)換、閉環(huán)運(yùn)算和發(fā)觸發(fā)脈沖，都對實(shí)時性要求很高，鑒于以上特點(diǎn)， 80C196KC 能夠滿足系統(tǒng)的要求，并極大地提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性及控制策略的靈活性，同時也將提高系統(tǒng)的控制精度。該方法亦可用于對其他類型自控系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)。雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)是一個復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中有大量的參數(shù)需要計(jì)算和調(diào)整。在建立系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真模型時，由于系統(tǒng)復(fù)雜，首先利用 MATLAB的子系統(tǒng)模塊將主電路和觸發(fā)電路封裝成一個子系統(tǒng)；然后將子系統(tǒng)與其他模塊一起組成整個調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。 單片微機(jī)由于體積小，重量輕，功能全，價(jià)格便宜，在電氣傳動實(shí)時控制系統(tǒng)中越來越受到重視和普遍應(yīng)用。由于用單片微機(jī)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制。要想消除靜差，就必須在放大器中增加一個積分環(huán)節(jié)，使放大器變成比例積分 (PI)控制器。可變電容器用于 P1 控制器的積分時間的調(diào)節(jié)。 PI控制對于這樣的偏差 (動偏差 )的 控制力度很小。具體的作法是：在 PI 控制器的反饋網(wǎng)絡(luò)中再增加一個微分環(huán)節(jié)就可以了。對于 PID 控制器，可以用工程整定的方法確定出一組最佳的比例度、積分時間和微分時間的值，使轉(zhuǎn)速控制達(dá)到最佳的效果．這時，轉(zhuǎn)速的最大超調(diào)量最小，調(diào)節(jié)時間最短。圖中 PN =150W。若使 COM 端與電機(jī)電樞繞組 A 端相接 ,B 端接 N,可使電機(jī)正轉(zhuǎn)。在 T2 截止時 ,由于電感電流不能突變 ,電流 IAB經(jīng) D1續(xù)流形成回路為 AD1PNBA,此時 VAB＞ 0,IAB＜ 0,電機(jī)工作在正 轉(zhuǎn)制動狀態(tài) （第二象限） ,T2， D1 構(gòu)成一個 Boost 變換器。這樣僅用兩個開關(guān)器件就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。 PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 圖 電路總圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 25 J un 2021 S he e t of F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ngs \ h p\ M y D oc um e nt s \ 實(shí)驗(yàn)文件夾 \主電路 2021 年 5 月 9 日 .ddbD r a w n B y:ABC O MNBA2KST10KR2R3230R410KR710KR8C1100UC250R610UC410UC5脈沖變壓器 2脈沖變壓器 1V C C+ 1 5 V100/ 3W63/ 3WR9V C C+ 1 5 V100/ 3WV C C+ 1 5 V5050750750+V C C+ 1 5 VPC O MNN C O M+ 1 5 V 1 5 V200萊姆元件電流負(fù)反饋測速發(fā)電機(jī)SB直流電壓 300V S G 3 5 2 5 鋸齒波頻率 1 2 .9 9 K H Z 幅值 8 8 0 m V 3 .3 6 V 脈沖變壓器 1 二次側(cè)矩形波 周期 1 5 4 u S 頻率 6 .4 9 4 K H Z 脈沖變壓器 2 二