【正文】 還有許多在論文完成過程中給予我?guī)椭娜?，在此不一一列舉了，一并表示最衷心的感謝。另外，我也深深的感受到了同學間的互相幫助和友誼。從最初就為我們制定了周密科學的工作任務(wù)安排，每次都很認真的查看我們的工作日志完成情況，對于我們的提問也總給予耐心的解答。致 謝 首先要感謝我的指導(dǎo)老師王躍龍老師。此外，任何事情的成功必然是建立在許多失敗或教訓的前提下的。一開始的時候?qū)τ谲浖行┟Ｈ?，?dǎo)致在仿真的時候總是出這樣或那樣的錯誤，但是經(jīng)過不斷地修改，查證以及對知識的回顧終于比較完整的弄清楚了系統(tǒng)的工作過程和仿真流程，當仿真圖做出來的時候真的是很高興。具體的說，了解了經(jīng)典直流調(diào)速的精髓的同時，進一步了解了交流調(diào)速系統(tǒng)所蘊涵的發(fā)展?jié)摿?，掌握了這一方面未來的發(fā)展動態(tài)；對于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動態(tài)特性分析；直流電動機數(shù)學模型的建立，參數(shù)的計算；深入了解了 PWM 脈寬調(diào)制系統(tǒng)的基本原理，組成，并分析了橋式可逆 PWM 的工作狀態(tài)及電壓、電流的波形。暫態(tài)降速 ，滿足要求。可以看出空載啟動時電流超調(diào)量和轉(zhuǎn)速超調(diào)量都滿足要求。啟動過程波形非常理想，可以看出滿載啟動時電流超調(diào)量和轉(zhuǎn)速超調(diào)量都滿足要求。運行仿真，然后雙擊 Scope 就可以查看仿真所得的電流波形和轉(zhuǎn)速波形。而且模型中各環(huán)節(jié)的參數(shù)在 節(jié)中已經(jīng)計算好了，現(xiàn)在只需要將動態(tài)模型和參數(shù)都輸入到 MATLAB 中的Simulink 中即可進行仿真。使用MATLAB 對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法是：以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱，從元件庫中選取所需的元件,連接好原理圖,加上激勵源,然后單擊仿真按鈕即可自動開始,可以同時觀察復(fù)雜的模擬信號和數(shù)字信號波形,以及得到電路性能的全部波形。系統(tǒng)仿真就是用模型代替實際系統(tǒng)進行實驗和研究，而計算機仿真能夠為各種試驗提供方便、靈活可靠的數(shù)學模型?？刂葡到y(tǒng)的計算機法仿真是一門涉及到控制理論、計算機技術(shù)的綜合性新興學科。過去常用數(shù)學和物理這兩種方法,它們對設(shè)計規(guī)模較小的一般電路是可行的。+15V 電源為“反向”給定，15V 為“正向”給定。 給定單元 給定單元由177。 電流檢測在直流電源的正極引線上安裝有霍爾電流傳感器 CHB－50P，它由177。本系統(tǒng)采用 SG3525 內(nèi)的誤差放大器作為電流調(diào)節(jié)器，因此正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)各有一個電流調(diào)節(jié)器，分屬在各自 SG3525 芯片內(nèi)。246。228。197。197。248。172。246。228。197。197。202。194。197。197。198。216。235。228。197。197。248。172。246。228。197。197。198。216。195。184。197。197。247。231。 ?bcpBGwcIRUv41833????3cu tIRuvcdti bcpBGwc *14833 ??????????因此：?u 13=?uc3= tIRvcbcpBGw*4183???????當控制電壓突然上升時，即?u30, 同樣由于 c3 兩端的電壓不能突變，所以 BG3 截止，造成 Z8 導(dǎo)通，同理 BG4 基極節(jié)點有以下關(guān)系：ic3= bcpBGwwIRuvu4183173)(???uc3= =?dtic3 tIvbcpBGw*)(4183173 ??????因此：?u 13=?uc3= tIRuucbcpBw)(4183173??由上可知，當控制信號突變時，輸出電壓變化速度只與?u30 或?u30有關(guān)，而與其變化的數(shù)值大小無關(guān)，只要合理選擇，R18，R17及長久可以得到所希望的上升或下降速度。 顯然：U 13max=Uw4第 2 動態(tài)特性 前已分析過穩(wěn)態(tài)情況下輸入與輸出的關(guān)系如下： u13=1/2u3+1/2uw2由于 UBG4b=Uw3,因此電容器 C3 兩端的電壓為： uc3=u13uw3=1/2u3+1/2uw2uw3當控制信號突然下降時，即?u 30；由于 C3 兩端電壓不能突變，所以 BG3 飽和導(dǎo)通 uBG3c 上升到 u13,造成 Z8 截止，節(jié)點 BG4 的基極有以下電流關(guān)系。 顯然：u 13min=uBG4e (3)u13max 的限幅（即 223。（2） U13min 的限制（即? min 限位） 由于 BG4 在導(dǎo)通時 uce=0(忽略了飽和壓降 )其臨界狀態(tài)，u ce=0,因此uBG3b 的臨界值為：u BG3bL=uBG4e相應(yīng)的 u3 的臨界值為：u 3L=2uBG4euw2當 u32uBG4euw2 時，BG 3 飽和導(dǎo)通，Z 8 截止，正電源通過 R18 為 BG4的基極提供飽和基極電流，BG 4 飽和導(dǎo)通。A .觸發(fā)裝置輸入環(huán)節(jié)為一信號變換環(huán)節(jié)，通過對偏移電位器 W2 的調(diào)節(jié)，當 3 端輸入不變時，其 13端輸出電壓可得到 2V~7V 間的任意值，同時，當信號不變時， ，在?u〉0 的情況下輸出信號可以按一定的速度上升，而在?u 〈0 的情況下，其輸出信號則可以按另一速度下降，其好處有二，第一當調(diào)節(jié)器輸出有較大的脈動時，可使觸發(fā)裝置免于產(chǎn)生“多余脈沖” ，第二在有環(huán)流可逆系統(tǒng)中，人為地使脈沖的前移速度低于脈沖的后移速度，可以限制動態(tài)環(huán)流的值。 Tg—調(diào)節(jié)器反饋回路慣性時間常數(shù)，T g=C2R5 .可以根據(jù)系統(tǒng)對電流調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)的要求，整定 Kp、T i、T D 、T g 、α、β 的數(shù)值。FD1 構(gòu)成對電流偏差信號的 P、I 調(diào)節(jié)器，它的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖如下：圖 電流調(diào)節(jié)器流程圖（ACR）圖中：Vig電流給定值（以電壓表示） Vif—電流反饋值（以電壓表示） Uc—電流調(diào)節(jié)器輸出 Tip1K? 1gpDP??UCVif Kp—調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，K p= ,α為反饋分壓器分壓系數(shù)。為了調(diào)節(jié)電流負反饋強度，電流檢測環(huán)節(jié)內(nèi)有電位器 W1可供調(diào)節(jié)，一般情況下 W1電位器是這樣整定的：即當主回路是 時，使 W1上取出的電壓為 8V。2CP12Z614BG 3DG8CR612330KZ6152CK43CR6122R612132 61 574 U612741R6131R6124150K C61104uFC6192uFR612630KR612530KR6127470W61110KW61215KW61322K 速度調(diào)節(jié)器原理圖(ASR) 電流調(diào)節(jié)器 ACR 電流調(diào)節(jié)器（ACR）是用來放大電樞電流偏差信號，并對電流偏差信號進行P、I 運算后作為它的輸出，它的輸出接到 PWM 單元的輸入。速度自動限幅的靜態(tài)特性近似可由下圖決定速度給定Ⅰ速度給定Ⅱ速度反饋速度給定備用備用－V－V+V+VR611930KZ6162CP12R61162KR6120120KR61710KR61530K C614R61630KC612R61262KR61310KR61830K R61930KR6110200KR6111200KR61410KR61121KWG2CW15R6113200KR611510KR611610KC6171uF 32 61 574U611741R6114Z6112CP12R611710KR611810KR613030KZ612Z6132161。調(diào)節(jié)器的強制積分時間常數(shù)為：Ti =（C9+C10） （R24//R25//R26）而微分反饋時間常數(shù)為：T D=C2（R 5+R6）可以根據(jù)系統(tǒng)對速度調(diào)節(jié)器的要求，整定 Kp 、T i 和 βT D的數(shù)值，其中 β 為微分反饋電位器的分壓系數(shù)。 FD2構(gòu)成對速度偏差信號 P、I 調(diào)節(jié)。FD 1比較器是由線性運算放大器通過電阻 R14構(gòu)成繼電特性。它用來放大速度偏差信號，并對速度偏差信號進行比例積分運算后輸出，它的輸出信號又作為電流給定信號施加給電流調(diào)節(jié)器。適當選取微分環(huán)節(jié)，可以減小系統(tǒng)的超調(diào)，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是過大的微分系數(shù)會導(dǎo)致響應(yīng)過程提前制動，從而延長調(diào)節(jié)時間，并且使得變化過于敏感，使系統(tǒng)的抗干擾性能變差。它的速度比比例調(diào)節(jié)還要迅速，它能給出響應(yīng)過程提前制動的減速信號，有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。微分環(huán)節(jié):改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。加大積分系數(shù)有利于減小系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，但過強的積分作用會使超調(diào)增大。只要有偏差存在，輸出調(diào)節(jié)信號就不斷動作，直到把偏差信號消除。比例系數(shù)過大會產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定:若取值過小，可以減小系統(tǒng)的超調(diào)量，增大穩(wěn)定裕度，但會降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，使過渡時間延長。缺點是對具有自平衡性的控制對象有余差(自平衡性是指系統(tǒng)階躍響應(yīng)終值為一有限值)，擾動出現(xiàn)后，比例調(diào)節(jié)的結(jié)果使被調(diào)量不能回到給定值，只能恢復(fù)到給定值附近。 簡單說來， PID 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用及對控制效果的影響如下:比例環(huán)節(jié):作用快，無滯后，只要一有偏差，立即就能給出相應(yīng)的調(diào)節(jié)作用，它能及時克服擾動，使被調(diào)參數(shù)穩(wěn)定在給定值附近。常規(guī) PID 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 所示，系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對象組成。由于 SG3525 的驅(qū)動能力有限，本電路中把 SG3525 第 11，14 腳的輸出信號經(jīng) LM1413 放大后再驅(qū)動 IGBT。例如，腳 8 增加的軟起動功能，避免了開關(guān)電源在開機瞬間的電流沖擊，可能造成的末級功率開關(guān)管的損壞。另外，為了適應(yīng)驅(qū)動 MOSFET 的需要，末級采用了推挽式電路，使關(guān)斷速度更快。在 SG3525 中增加了同步引腳 3 專為外同步用，為多個 SG3525 的聯(lián)用提供了方便。RT 阻值決定對 CT 充電的內(nèi)部恒流值，CT 的放電則由腳 5 及腳 7 之間外接的電阻值RD 決定。 5）振蕩器作了較大改進 SG3524 中的振蕩器只有 CT 及 RT 兩引腳，充電和放電回路是相同的。 4）增加 PWM 鎖存器使關(guān)閉作用更可靠 比較器（脈沖寬度調(diào)制）輸出送到 PWM 鎖存器，鎖存器由關(guān)閉電路置位，由振蕩器輸出時間脈沖復(fù)位。 3）比較器有兩個反相輸入端 SG3524 的誤差放大器、電流控制器和關(guān)閉控制 3 個信號共用一個反相輸入端，現(xiàn)改為增加一個反相輸入端，誤差放大器與關(guān)閉電路各自送至比較器的反相端。 2）有軟起動電路 比較器的反相端即軟起動控制端腳 8 可外接軟起動電容。 SG3525 在 SG3524 的基礎(chǔ)上，主要作了以下改進。在開關(guān)電源的設(shè)計過程中，常常使用各種 PWM 的 IC。 SG3524 與 SG3525 的功能特點及軟起動功能的比較 對 PWM 控制芯片 SG3524 與 SG3525 的工作性能作了介紹和比較，通過實驗得出了SG3525 在軟起動功能上較 SG3524 有很大的改進。現(xiàn)在，I 口(11 腳)、II 口(14 腳)并聯(lián)使用。分相器輸出的 q 、Q 脈沖分別加于兩組輸出級“或非”(“或”)門的輸入端口。設(shè)這時 AE 的輸出電壓為 U_ ，它加于比較器 DC 的反相輸入端在 U _、 U+、的共同作用下，比較器 DC 和PWM 鎖存器輸出 PWM 信號，加于“或非” 或 j 門的輸入端 D。Cr 上形成鋸齒波電壓 u +的頻率為 10 kHZ，此鋸齒波電壓 u +加于 PWM 比較器 DC 的同相輸入端。 設(shè)計 IGBT 工作頻率為 10 kHZ 左右，開關(guān)頻率高，濾波電感、電容值可以減小，甚至可不用。P 和 P′分別驅(qū)動輸出級上、下個晶體管。端輸入分相器輸出的 Q (或 Q ) 信號，C 端輸入 CP 脈沖信號，A 端輸入欠電壓鎖定信號。所以分相器的輸出是一個方波信號，其頻率為鋸齒波頻率的 1／2。同相輸入端接基準電壓或其分壓值，反饋電壓信號接反相輸入端。振蕩器 G 對應(yīng)于鋸齒波下降進輸出一時鐘信號(CP 脈沖)，其寬度為 t2．故調(diào)節(jié) Rd 即可調(diào)節(jié) CP 脈沖寬度，由后面的敘述可知，這個 CP 脈寬決定了兩輸出口 I、II 輸出脈沖之問最小的時間間隔，即死區(qū) td．所以調(diào)節(jié) Rd 就可調(diào)節(jié)死區(qū) td，Ro 越大，死區(qū)越大。Cr 恒流充電，產(chǎn)生一鋸齒波電壓，鋸齒波的峰點電平為 3. 3 V ，谷點電平為 V ，鋸齒波的上升邊對應(yīng) Cr 充電，充電時間 t1(參見圖 3) 決定于 RtCr ；鋸齒波下降邊對應(yīng) Cr 放電，放電時間 t2 決定于 RdCr。 圖 SG3525 的引腳 工作原理 SG3525 為頻率固定脈寬可調(diào)的集成 PWM 控制器，其內(nèi)部原理由基準電壓 Uref、振蕩器 G 、誤差放大器比較器 DC 、PWM 鎖相器、分相器、欠電壓鎖定器、輸出極、軟啟動及關(guān)閉電路等組成 其中：①輸入電壓 Uccl 、 基準電壓 Uref 與輸出電壓Uccl 可在 8 ～35V 范圍變化．通?？捎?+ l5 V. Uref 是一 AE 個標準三端穩(wěn)壓器，有溫度補償，精度可達 I5．1 +1％)V。SG3525 采用 16 引腳標準 DIP 封裝。 SG3525 的結(jié)構(gòu) 控制電路以 SG3525 為核心構(gòu)成，它采用 恒頻脈寬調(diào)制控制方案,適合于各種開關(guān)電源，斬波器的控制。在 PWM 調(diào)速中，占空比 α 是一個重要參數(shù)。 α 的變化范圍為 0 ≤α≤1。這樣，對應(yīng)著輸入的電平高低，直流電動機電樞繞組兩端的電壓波形如圖 11 所示。t1 秒后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管截止，電動機電樞兩端電壓為 0。開關(guān)驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制 PWM 來控制電動機電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。本設(shè)計介紹的方法就是在勵磁恒定不變的情況下，通過調(diào)節(jié)電樞電壓來實現(xiàn)直流電機調(diào)速。這種控制方式很容易在單片機控制中實現(xiàn)