【正文】 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Abstract In the electric drive system, The DC Driving System which adjusts voltage is the widest used in the speed control methods. Besides to use the thyristor rectifier to adjust DC voltage, also it could use the other power electronic ponents’ controlled performance. Using pulse width modulation technology. Directly to modulate the constant DC voltage into variablepolarity,size adjustable DC voltage. to achieve the smooth regulation of the dc motor voltage. Constituting a DC motor PWM speed control system. With the rapid development of the electronic devices,The transistortype pulsewidthmodulated switching amplifier which posed of GTO, GTR, PMOSFET, IGBT, such as these Highpower fullcontrolled devices, had been gradually developed,and became widly used. In this paper, it primarily elaboraring the basic concepts of the DC motor speed control system. On this basis it systematic introductes the singleclosedloop negative feedback speed control position of the currentspeed twoclosedloop negative feedback speed control system., working principle,and the theory and control method of the PWM speed control introduces the control circuit and the system ponents of the PWM speed control system of the DC motor . Finally,with the MATLABSimulink, it use the simulation technique for the electric principle chart,to make the simulation analysis for the PWM speed control system of the DC motor. Key words: speed regulation, PWM control, DC motor, simulation 共 23 頁(yè) 第 3 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 目 錄 第一章 引言 直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ………………………………………………………………… ..5 PWM 直流調(diào)速的研究背景和發(fā)展?fàn)顩r …………………………………………… .5 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ………………………………………………………………… ..6 第二章 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的概述 ………………………………………………………… ...7 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) ……………………………………………… 7 靜止式可控整流器調(diào)速系統(tǒng) …………………… ……………………………… 7 直流斬波器或脈寬調(diào)速 ……………………………………………………… ...8 電機(jī)基本調(diào)速方法 ………………………………………………………………… ...9 電樞串電阻調(diào)速 ………………………………………………………………… 9 弱磁調(diào)速 ………………………………………………………………………… 9 調(diào)壓調(diào)速 ……………………………………………………………………… ..10 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) ………………………………………………… …… .10 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) ………………………………………………………………… .11 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) ………………………………………………………… ...11 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) …………………………………………………… ..14 雙閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 ……………………………………… .16 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 …………………………………… .17 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程分析 …………………………………… .18 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 …………………………………………… .20 第三章 PWM 調(diào)制技術(shù)與 PWM 變換器 PWM 調(diào)制技術(shù) …………………………………………………………………… ...21 模擬式 PWM 控制 …………………………………………………………… ...21 數(shù)字式 PWM 控制 …………………………………………………………… ...22 PWM 變換器 ………………………………………………………………………… 23 簡(jiǎn)單的不可逆 PWM 變換器 ………… ………………………………………...23 制動(dòng)不可逆 PWM 變換器 …………………………………………………… ...24 H 型雙極式 PWM 變換器 …………………………………………………… .26 第四章 PWM 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PWMM 直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路 ………………………………………………...28 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇 ……………………………………………………………… .29 主電路供電方案選擇 ………………………………………………………… ...29 主電路形式的選擇 …………………………………………………………… ...30 控制電路方案的選擇 ………………………………………………………… ...32 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 …………………………………………… ..33 共 23 頁(yè) 第 4 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 引言 …………………………………………………………………………… ..33 雙閉環(huán)控制的脈寬調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 …………………………………… ...33 系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 ………………………………… ..36 總結(jié) ………… …………………………………………………………………………… ..39 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………… ..40 致謝 ……………………………………………………………………………………… ..41 共 23 頁(yè) 第 5 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第一章 引言 直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介 調(diào)速系統(tǒng)包括直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩大類。但隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯示出來。眾所 供 PWM 直流調(diào)速的研究背景和發(fā)展?fàn)顩r 有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。 控制技術(shù) 已居世界先進(jìn)水平。相對(duì)而言 ， PWM 直流 調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡(jiǎn)單，功率元件少，開關(guān)頻率高，其控制水平從 1000Hz 可達(dá)到 4000Hz，電機(jī)電流連續(xù)，低速性能好，諧波少，穩(wěn)態(tài)精度高，脈動(dòng)小，損耗和發(fā)熱都較小，調(diào)速范圍寬，調(diào)速系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng) 。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本文共分為 四 章，主要針對(duì) 直流調(diào)速 系統(tǒng)的 PWM 控制進(jìn)行相關(guān)研究。 共 23 頁(yè) 第 6 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第二章 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的概述 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)歷不同的三 個(gè)階段： 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 如圖 21，旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（ GM 系統(tǒng)）由交流電動(dòng)機(jī)（異步機(jī)或同步機(jī)）拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī) G 實(shí)現(xiàn)變流，由 G 給需要的直流電動(dòng)機(jī) M 供電，調(diào)節(jié)G 的勵(lì)磁電流 fi 即可改變其輸出電壓 U，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n。 圖 21 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（ GM 系統(tǒng)） 靜止式可控整流器調(diào)速系統(tǒng) 自從晶閘管（俗稱“可控硅”）問世，到了 60 年代，已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，并應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng) 共 23 頁(yè) 第 7 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ VM 系統(tǒng)）。和旋轉(zhuǎn)變 的散熱條件。 圖 22 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（ VM 系統(tǒng)） 直流斬波器或脈寬調(diào)速 圖 23 直流斬波器 — 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理圖和電壓波形 2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。 4）若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗繞能力強(qiáng)。 電機(jī)基本調(diào)速方法 由電機(jī)學(xué)基本理論可知，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性方程式為 共 23 頁(yè) 第 8 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Φ —?jiǎng)?lì)磁磁通（ Wb）； eK —由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)； 由上式可見，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案可有以下三種。 弱磁調(diào)速 圖 25 磁調(diào)速特性曲線 普 也增大。 調(diào)壓調(diào)速 共 23 頁(yè) 第 9 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊