【正文】 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)，電機上的力矩脈動和電流脈動比較嚴重。本課題是應(yīng)生產(chǎn)教儀的廠家的需要,研制開發(fā)出一套控制平滑、穩(wěn)定、經(jīng)濟、實用、簡便、可靠性高、操作方便的直流調(diào)速控制掛箱以供大中專院校實驗教學之用,利用該掛箱設(shè)備可以進行的實驗項目有: ①降壓斬波電路實驗②升壓斬波電路實驗③可逆直流 PWM 調(diào)速實驗，實現(xiàn)了斬波實驗電路與可逆 PWM 調(diào)速實驗電路的兼容。目前國內(nèi)各大院校，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)都已結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)中，所以應(yīng)用已有的成熟技術(shù)開發(fā)性能價格比高，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。一般以系統(tǒng)穩(wěn)定運行中突加一個使輸出量降低的負擾動 N 以后的過渡過程作為典型的抗擾過程。定義為從加輸人量的時刻起，到輸出量進人其穩(wěn)態(tài)值的誤差帶(一般取 5%或 2%)，響應(yīng)曲線達到且不再超出該誤差帶所需的最短時間。超調(diào)量越小，則相對穩(wěn)定性越好，即動態(tài)響應(yīng)比較平穩(wěn)。它表示動態(tài)響應(yīng)的快速性。一般希望在階躍響應(yīng)中輸出量 C(t)與其穩(wěn)態(tài)值 的偏差越小越好，達到 C 的時間越快越好。 調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能指標包括跟隨性能指標和抗擾性能指標兩類。然而，靜差率和機械特性硬度又是有區(qū)別的。 2)靜差率 當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時負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)在負載變化下的穩(wěn)定度的。 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標 1)調(diào)速范圍 生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速 和最低轉(zhuǎn)速 之比叫調(diào)速范圍，用字母 D表示 ，即其中 和 一般都指電動機額定負載時的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負載很輕的機械，例如精密磨床，也可用實際負載時的轉(zhuǎn)速。 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。2）減弱勵磁磁通:即保持 Φ 和 U 不變，通過減少 Φ 來升高 n，是一種小范圍無級調(diào)速方式。 直流拖動系統(tǒng)直流電動機轉(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———由電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。而以運算放大器為核心的有源校正網(wǎng)絡(luò)（調(diào)節(jié)器），和由 R、C 等元件構(gòu)成的無源校正網(wǎng)絡(luò)相比,又可以實現(xiàn)更為精確的比例、微分、積分控制規(guī)律,于是就有可能將各種各樣的控制系統(tǒng)簡化和近似成少數(shù)典型的低階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?，F(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。而后一次技術(shù)更新是設(shè)計思想和理論概念上的一個飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能亦隨之改觀。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計算機技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進入了數(shù)字式。s internal structure and its peripheral circuit are analyzed, and its applying example in this system is given.Key words: Boost/Buck chopper；SG3525；DC Pulse Width speed control；MATLAB目 錄摘要 ......................................................................IIIABSTRACT ...................................................................IV第 1 章 引言 .................................................................1 直流拖動系統(tǒng) 11．2 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標 1 課題來源 2 文獻綜述 3 直流電機參數(shù) ...........................................................5第 2 章 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)總體介紹與主電路原理 ..................................6 電路組成及系統(tǒng)分析 6 主電路工作原理 6 主電路的組成 8第 3 章 PWM 控制電路 .........................................................103．1 PWM 基本原理 103．2 PWM 的理論基礎(chǔ) 113．3 PWM 實現(xiàn)方法 123．4 直流電機的 PWM 控制技術(shù) 13第 4 章 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 ........................................18 PID 調(diào)節(jié)器的基本原理 18 速度調(diào)節(jié)器 ASR 19 電流調(diào)節(jié)器 ACR 20 觸發(fā)輸入及保護裝置（CSR） 21 PWM 波形發(fā)生器 24 電流檢測 24 給定單元 24第 5 章 MATLB 仿真 MATLAB 簡介 PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真 仿真結(jié)果致謝 .......................................................................25參考文獻 ...................................................................26第1章 引言在現(xiàn)代科學技術(shù)革命過程中，電氣自動化在 20 世紀的后四十年曾進行了兩次重大的技術(shù)更新。實驗證明本調(diào)試系統(tǒng)直流電壓大小調(diào)節(jié)和電機可逆運行的實現(xiàn)非常方便，并具有較硬的靜特性和機械特性。本調(diào)速系統(tǒng)采用半橋型電路作為主電路,它相當于降壓斬波電路和升壓斬波電路的串聯(lián)組合,選用全控型器件 IGBT 作開關(guān)器件。PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計摘 要以電力電子學和電機調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)，本文設(shè)計了一種基于直流脈寬調(diào)速控制技術(shù)的直流電機調(diào)速系統(tǒng)。為了得到較好的動靜態(tài)性能，該控制系統(tǒng)采用了雙閉環(huán)控制，同時速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器都選用PI調(diào)節(jié)器?？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。 關(guān)鍵詞: 升/降壓斬波電路；SG3525；直流脈寬調(diào)速；MATLABAbstractOn the basis of Power Electronic and electric motor speed adjusting technology, the calibrator designs a speed adjusting system in which Pulse Width Modulation (PWM) controlling technology is used to control . motor. Dual closed loop controlling technic is alse adopted so that the sysetem has satisfactory steadystate and dynamic characters. The system uses single chip micro puter as an auxiliary unit.Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) is selected as power semiconductor onoff element in the system The thesis explains the principle of PWM controlling. The special integrated PWM controllerSG3525 which can help us realize PWM control easily is elaborated , this chip39。一次是元器件的更新，即以大功率半導體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機組，以線形組件運算放大器取代電磁放大器件。在前一次技術(shù)更新中，電氣系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計仍采用經(jīng)典控制理論的方法。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。經(jīng)過合理的簡化處理，整個系統(tǒng)一般都可以用低階近似。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)頻率特性當作預期的特性,弄清楚它們的參數(shù)和系統(tǒng)性能指標的關(guān)系,寫成簡單的公式或制成簡明的圖表,則在設(shè)計實際系統(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行參數(shù)計算,這樣,就建立了工程設(shè)計方法的可能性。由上式可以看出，調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速有三種方法： 1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U:即保持 R 和 Φ 不變，通過調(diào)節(jié) U 來調(diào)節(jié) n，是一種大范圍無級調(diào)速方式。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。改變電阻只能實現(xiàn)有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大。在直流電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，常以電動機的額定轉(zhuǎn)速 為最高轉(zhuǎn)速 。它和機械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。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) 。 1) 跟隨性能指標 在給定信號(或稱參考輸人信號)R (t)的作用下，系統(tǒng)輸出量 C(t)的變化可用跟隨性能指標來描述通常使用階躍響應(yīng)性能指標，即以輸出量的初始值為零，給定信號階躍變化下的過渡過程為典型的跟隨過程。具體的指標有下列幾項:(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。 (2)超調(diào)量 在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分數(shù)表示，叫做超調(diào)量 :超調(diào)量反映系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。(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。2) 抗擾性能指標 穩(wěn)定的調(diào)速系統(tǒng)在運行中，如果受到擾動，經(jīng)歷一段動態(tài)過程后，能達到新的穩(wěn)態(tài)，除了穩(wěn)態(tài)誤差以外，在動態(tài)過程中輸出量變化有多少?在多長的時間內(nèi)能恢復穩(wěn)定運行?這些問題標志著調(diào)速系統(tǒng)的抗擾能力。 課題來源目前，直流調(diào)速技術(shù)的研究和應(yīng)用已達到比較成熟的地步，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。直流斬波電路原理實驗和直流電機的 PWM 調(diào)速實驗都是《電力電子技術(shù)》課程要求必須開設(shè)的實驗。 文獻綜述 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)研究直流電動機因其可以方便地通過改變電樞電壓和勵磁電流實現(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)典的直流電機調(diào)速方法，有相當部分的電能消耗在所串聯(lián)電阻上，很不經(jīng)濟。因此直流斬波調(diào)速呼喚快速自關(guān)斷器件。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。 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計理論分析基于 80Cl96KC 控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路。實現(xiàn)顯示、命令輸入、循環(huán)檢測、過壓過流保護及軟件 PI 調(diào)節(jié)功能。具有四個高速輸入口和六個高輸出口 。在中斷服務(wù)程序或子程序中，其優(yōu)點尤其顯得突出。具有外設(shè)事務(wù)服務(wù)器，能有效地處理中斷事務(wù)。本系統(tǒng)中，對轉(zhuǎn)速的測量、A／D 轉(zhuǎn)換、閉環(huán)運算和發(fā)觸發(fā)脈沖，都對實時性要求很高，鑒于以上特點，80C196KC 能夠滿足系統(tǒng)的要求，并極大地提高了系統(tǒng)的運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。 基于模擬電路仿真的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計。該方法亦可用于對其他類型自控系統(tǒng)的分析設(shè)計。 基于MATLAB的雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究。雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)是一個復雜的自動控制系統(tǒng)，在設(shè)計和調(diào)試過程中有大量的參數(shù)需要計算和調(diào)整。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在軟件和硬件方面提供了良好的設(shè)計平臺。在建立系統(tǒng)計算機仿真模型時，由于系統(tǒng)復雜，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。利用仿真技術(shù)可以很大程度地減少雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試強度。單片微機由于體積小，重量輕，功能全，價格便宜，在電氣傳動實時控制系統(tǒng)中越來越受到重視和普遍應(yīng)用。由單片微機控制的IGBTPWM調(diào)速系統(tǒng)是一種新型的控制系統(tǒng)，由于IGBT是一種高頻壘控型器件，可方便地控制其通斷，因此由它組成的控制系統(tǒng)除結(jié)構(gòu)簡單外，更具有開關(guān)頻率高、主回路脈動成分系統(tǒng)采用單閉環(huán)結(jié)構(gòu)，省去了電流環(huán)，而電流環(huán)的作用則由反電勢跟蹤控制來取代。由于用單片微機實現(xiàn)了全數(shù)字控制。由于調(diào)速系統(tǒng)采用了徽機控制，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得以簡化，且系統(tǒng)參數(shù)可調(diào)，使系統(tǒng)得動靜態(tài)特性得以優(yōu)化。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。其中有一個可變電阻器和一個可變電容器?？勺冸娙萜饔糜?P1 控制器的積分時間的調(diào)節(jié)。積分環(huán)節(jié)能完全消除靜差。PI 控制對于這樣的偏差(動偏差)的控制力度很小。等到大的偏差出現(xiàn)后，再來實施控制，已經(jīng)為時過晚，這樣必定會使控制精度大幅度地下降。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。將 PI 控制系統(tǒng)中的 PI 控制器換成 PID 控制器，就成了轉(zhuǎn)速的 PID 控制系統(tǒng)。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。IGBT 為 GT25Q10 。圖中 PN =150W。 IN= 。若使 COM 端與電機電樞繞組 A 端