【正文】 實(shí)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(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 。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(biāo) 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(biāo)來描述通常使用階躍響應(yīng)性能指標(biāo)，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(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。 (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?jǐn)?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(biāo) 穩(wěn)定的調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)行中，如果受到擾動，經(jīng)歷一段動態(tài)過程后，能達(dá)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(fù)穩(wěn)定運(yùn)行?這些問題標(biāo)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(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 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6直流斬波電路原理實(shí)驗(yàn)和直流電機(jī)的 PWM 調(diào)速實(shí)驗(yàn)都是《電力電子技術(shù)》課程要求必須開設(shè)的實(shí)驗(yàn)。 文獻(xiàn)綜述 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)。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(jì)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(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。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(diǎn)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(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。 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(jì)。該方法亦可用于對其他類型自控系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)。 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(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。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在軟件和硬件方面提供了良好的設(shè)計(jì)平臺。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。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(jì)和調(diào)試強(qiáng)度。單片微機(jī)由于體積小，重量輕，功能全，價格便宜，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。由單片微機(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制。由于調(diào)速系統(tǒng)采用了徽機(jī)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(shí)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)PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8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(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。IGBT 為 GT25Q10 。圖中 PN =150W。 IN= 。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 T1截止時由于電感電流不能突變,電流 IAB經(jīng) D2 續(xù)流形成回路為 ABD2A,仍有VAB＞0,I AB＞0，電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)電動狀態(tài)（第一象限） ，T1,D2 構(gòu)成一個 Buck 變換器。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,I AB＜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。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)工作在正轉(zhuǎn)電動或制動狀態(tài)（Ⅰ,Ⅱ象限） ，若使 COM 端與 B 相接而 A 端接 N,可使電機(jī)工作在反轉(zhuǎn)電動或制動狀態(tài)（Ⅲ，Ⅳ象限） 。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。由于電流調(diào)節(jié)器的輸出接到 SG3525 的第 2 腳,R2為限流電阻，所以要求電流調(diào)節(jié)器再通過一個反號器的輸出電壓的極性必須為正，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定則又要求其輸出電壓信號為正, 最后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定選擇了負(fù)極性的可調(diào)電壓,如圖 所示。PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)10南昌工程學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)論文 圖 電路總圖1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 25Jun2022 Sheet of File: C:\Documents and Settings\hp\My Documents\202。209。206。188。188。\214。181。194。 By:ABCOMNBA2KST10KR2R3230R410KR710KR8C1100UC250R610UC410UC5194。179。177。209。198。2194。179。177。209。198。1VCC+15V100/3W63/3WR9VCC+15100/3WVCC+15V5050750750+VCC+15VPCOMNN COM+15V 15V200192。196。212。188。181。193。184。192。178。203。181。187。SB214。193。181。209。300V SG3525190。179。178。 246。229。228。185。247。254。206。224。216。206。168。220。218。246。229。228。185。247。254。206。224。216。206。168。220。218。189。246。216。206。168。192。248。177。228。246。237。201。247。189。217。214。174。196。174。229。231。253。163。203。202。213。163。 181。187。170。168。230。177。235。169。168。170。169。168。213。169。217。200。180。161。168。213。166。170。253。169。253。193。230。229。207。231。204。191。185。PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)12 主電路的組成本實(shí)驗(yàn)電路中主電路部分由直流電源、兩個 IGBT 管組成，可看成降壓型變換器和升壓型變換器的串聯(lián)組合，下面結(jié)合 H 型橋式可逆直流 PWM 調(diào)速電路圖來對降壓、升壓斬波電路進(jìn)行介紹。 在 T1 截止的 Toff 時間內(nèi)，由于電感電流不能突變，iAB 經(jīng) D2 續(xù)流，vAB=0，A、B 兩端電壓的平均值 VAB=Ton VPN/(Ton+Toff)=αVPN,α 為占空比。 升壓斬波電路與電機(jī)的制動狀態(tài)圖 中若 T1 截止、T2 周期性地通斷，在 T2 導(dǎo)通的 Ton 時間內(nèi)，vAB= 0, iAB＜0。 半橋電路與電機(jī)的電動和制動運(yùn)行狀態(tài)由上述分析可知，在圖 所示的半橋電路中，若 T2 截止、T1 通斷轉(zhuǎn)換時由 TD2構(gòu)成了降壓斬波電路，電機(jī)工作在正向電動狀態(tài)；若 T1 截止、T2 通斷轉(zhuǎn)換時由 TD1 構(gòu)成了升壓斬波電路，電機(jī)工作在正向制動狀態(tài)。 電機(jī)可逆運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)由以上對可逆 H 橋電路的分析可知，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是通過兩個半橋電路即兩套升/降壓斬波電路交替工作來實(shí)現(xiàn)的， （正轉(zhuǎn)時由 TT2 組成的半橋電路工作，反轉(zhuǎn)時由 TT4 組成的半橋電路工作） 。圖 轉(zhuǎn)換開關(guān)連接圖 PWM 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14第 3 章 PWM 控制電路PWM（Pulse Width Modulation）控制——脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。 PWM 基本原理PWM 是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要　求的一種電壓調(diào)整方法。在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。因此，PWM 又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置” 。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。嚴(yán)格地講，平均速度 Vd 與占空比 D 并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似地看成線性關(guān)系。沖量指窄脈沖的面積。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。其輸出電流 i(t)對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形如圖 所示。脈沖越窄，各 i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各 i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。 SPWM 波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形。 PWM 電流波： 電流型逆變電路進(jìn)行 PWM 控制，得到的就是 PWM 電流波。 PWM 實(shí)現(xiàn)方法PWM 信號的產(chǎn)生通常有兩種方法：一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法。本文主要介紹利用單片機(jī)對 PWM 信號的軟件實(shí)現(xiàn)方法。通過控制定時器初值 T0 和 T1，從而可以實(shí)現(xiàn)從 8051 的任意輸出口輸出不同占空比的脈沖波形。因此，首先必須明確定時器的定時初值與定時時間的關(guān)系。　N 隨著機(jī)型的不同而不同。這樣，我們可以通過設(shè)定不同的定時初值 TW，從而改變占空比 D，進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。這樣一來，對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制就變成了對電樞電壓的控制，PWM 控制任務(wù)就簡單的變成了調(diào)壓，省去了調(diào)頻的內(nèi)容。在圖中，控制程序設(shè)計(jì)假定晶體管 V 先導(dǎo)通 T1 秒，這個期間電壓 Ud全部加到電樞上(如果忽略 V 上的管壓降)，然后關(guān)斷 T2 秒，這個期間電樞兩端電壓為零。電樞兩端電壓的平均值為: 圖 直流電機(jī) PWM 控制原理的電路（a）電樞端的電壓波形（b） a 為一個周期 T 中，晶體管 V 導(dǎo)通時間時間的比率，稱為負(fù)載率或占空比。使用下面三種方法中的任何一種，即可改變達(dá)到調(diào)壓的目的:(1) T1 保持一定，T2 變化。 (3) T 保持一定，T1 變化。其內(nèi)部包含精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器等，并含有欠壓鎖定電路,閉鎖控制電路和軟起動電路。其各引腳功能如圖 所示，內(nèi)部框圖如圖 所示。它即是內(nèi)部電路的供電電源，也可為芯片外圍電路提供標(biāo)準(zhǔn)電源，輸出電流可達(dá) 40 mA ，有電流保護(hù)功能；②振蕩器 G 由一個雙門限比較器、一個恒流電源及電容充放電電路構(gòu)成 。鋸齒波頻率由下式?jīng)Q定 f= 1／(t1+t 2) = 1／【 Cr{ Rt+ 1．3RRd}】 由于雙門限比較器門限電平由基準(zhǔn)電壓分壓取得，并且給 Cr 充電的恒流源對電壓及溫度變化的穩(wěn)定性很好，故 Uccl 在 8 —35 V 范圍變化時，鋸齒波的頻率穩(wěn)定度可達(dá) 1％；當(dāng)溫度在一 55 ～125 qc 范圍內(nèi)變化時，其頻率穩(wěn)定度為 3％。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端 3 腳，在 3 腳加直流或高于振蕩器頻率的脈沖信號，可實(shí)現(xiàn)對振蕩器的外同步；③誤差放