直流PWMM可逆调速系统的设计与仿真
直流电机PWM控制系统设计
0 前言在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用，无论在工业农业生产、交通运输、国防航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器，都在大量地使用着各式各样的电动机。
据资料统计，现在有的90%以上的动力源来自于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分。
随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电动机控制向更复杂的控制发展。
直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转,能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。
直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。
直流电机的数字控制是直流电动机控制的发展趋势，用单片机的数字控制的发展趋势,用单片机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。
由于电网相控变流器供电的直流电机调速系统能够引起电网波形畸变、降低电网功率因数，除此之外，该系统还有体积大、价格高、电压电流脉动频率低、有噪声等缺点。
而采用直流电动机的PWM调速控制系统可以克服电网相控调速系统的上述诸多缺点。
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果。
正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。
电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。
功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动控制方法能够得到实现，脉宽调制控制方法（PWM和SPWM）,变频技术在直流调速和交流调速中获得广泛的应用。
PWM系统直流PWM变换器-电动机系统苍松书苑
电路原理图
图2-11 有制动电流通路的不可逆PWM变 换器-直流电动机系统
控制要求：Ug1=-Ug2 ，即Ug1和Ug2大小相等方向相反
结论：一般电动状态
运行时，实际上是
由VT1和VD2交替导 通，虽然电路中多
了一个功率开关器
件VT2 ，但并没有 被用上。与简单的
•输出电压方程
直流电动机电枢两端的平均电压为
改U变d 占 空tTon 比U s
U s
0
1
（2-15） ，即可实现直流
电动机的调压调速。
令PWM变UU换ds 为器P中WM电压系数，则在不可逆
（2-16）
1、 简单的不可逆 PWM-直流电动机系统的特点
不可逆PWM变换器-直流电动机系统不允 许电流反向，
VT1
VD1
VT3
VD3
C
~
Us
M
VT2 VD2 VT4
VD4
泵升电压产生的原因
对于PWM变换器中的滤波电容，其作 用除滤波外，还有当电机回馈制动时吸 收运行系统动能的作用。由于直流电源 靠二极管整流器供电，不可能回馈电能， 电机制动时只好对滤波电容充电，这将 使电容两端电压升高，称作“泵升电 压”。
式中，Cm Km N ——电动机在额定磁通下的转矩系数；
n0
U s
Ce
——理想空载转速，与电压系数成正比。
PWM调速系统机械特性
图2-12脉宽调速系统的机械特性曲线（电流连续），n0s＝Us /Ce
说明
图中所示的机械特性是电流连续时，脉宽 调速系统的稳态性能；
图中仅给出了第一、第二象限的机械特性， 它适用于带制动作用的不可逆电路，可逆 电路的机械特性与此相仿，只是扩展到了 第三、第四象限；
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计第一章:前言1.1前言：直流电机的定义：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。
而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。
并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的转速在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；第二章：总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。
示数码管显PWM单片机按键控制电机驱动基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。
双闭环直流调速系统的设计与仿真毕业设计论文
本科毕业设计（论文）题目：双闭环直流调速系统的设计与仿真研究Graduation Design (Thesis)Design and Simulation of Double Loop DC Motor Control SystemByWu JieSupervised byAssociate Prof. Zhang zhenyanDepartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyMay, 2014摘要为了提高运动控制系统在实际工程中的应用效率，本文介绍了直流调速系统的工程设计方法[1]，利用 MATLAB软件，对直流调速系统进行数学建模和系统仿真的研究。
所给出的仿真方法，可以灵活地调节系统的参数，从而获得理想的设计结果，并对设计出的系统进行分析。
建立调节器工程设计方法所遵循的原则是:1）概念清楚、易懂。
2）计算公式简明、好记。
3）不仅给出参数计算公式，而且指明参数调节方向。
4）能考虑饱和非线性控制的情况，同时给出简单的计算公式。
5）适合于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统[2]。
由于这个课题相对简单，我在里面加入了相关性的内容以丰富本课题的广度和深度。
在本设计中，我加入了三种简单的单闭环直流调速系统，并且通过对它们进行仿真分析，比较找出了它们的不足之处，从而更明显地体现了双闭环直流调速系统的优越性。
并且通过对两种典型的双闭环直流调速系统进行仿真分析，从而更好地理解和运用双闭环直流调速系统[3]。
关键词：直流电动机；双闭环调速；MATLAB；仿真；直流调速系统；直流脉宽调制；工程设计方法ABSTRACTIn order to raise application efficiency of the motion control system in actual project ,this article discussed the engineering design methods of the speed-governing system of DC motor. The mathematical modeling and system simulation of direct current governor system are researched by means of MATLAB platform . The simulation method can adjust the system controller parameters flexibly, so as to achieve the ideal design results, and the design of the system are analyzed.A controller design method is the principles of:（1）The concept of clear, easy to understand.（2）Simple formula, easy to remember.（3）Not only gives the parameter calculation formula, and indicates the parameter adjustment direction.（4）Can consider the saturation nonlinear control, and gives a simple formula.（5）Suitable for all kinds of feedback control systems can be simplified into a typical system.Because this subject is relatively simple, I joined the correlation content inside to enrich the breadth and depth of the subject. In this design, I added three simple single loop DC speed regulation system, and then analyze them, compared to find their deficiencies, and thus more clearly showed the superiority of double closed loop DC speed regulating system. And through the simulation analysis of two kinds of typical double loop DC speed control system, so as to better understand and use the double loop DC speed control system.Keywords: DC motor, double closed loop，MATLAB，Simulation，V-M，PWM-M，The engineering design method目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 直流调速系统国内外研究现状 (1)1.3 研究双闭环直流调速系统的意义 (2)1.4 论文的主要研究内容 (2)第二章仿真软件以及相关硬件简介 (3)2.1 MATLAB/Simulink仿真平台 (3)2.2 仿真的数值算法 (3)2.3 工程设计法 (4)2.4 直流电动机 (4)第三章简单闭环调速系统的设计与仿真 (5)3.1 单闭环有静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (5)3.2 单闭环无静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (11)3.3 带电流截止负反馈的转速反馈系统的设计与仿真 (13)3.4 简单闭环调速系统的优缺点比较 (15)第四章转速、电流双闭环直流调速系统的设计与仿真 (17)4.1 转速、电流双闭环调速系统的设计与仿真 (17)4.2 V-M直流调速系统的设计与仿真 (19)4.3 PWM-M直流调速系统的设计与仿真 (26)第五章总结与展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第一章绪论1.1 课题研究背景在现代化的工业生产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能[4]。
交直流调速系统课程设计
目录交直流调速课程设计任务书 (2)前言 (4)关键词 (4)交直流调速课程设计说明书 (5)一、总体方案确实定 (5)1.1 现行方案的讨论与比拟 (5)1.2 选择PWM控制系统的优越性 (6)1.3采用转速电流双闭环的理由 (6)1.4起动过程电流和转速波形 (9)1.5 H桥双极式逆变器的工作原理 (9)1.6 PWM调速系统静特性 (11)二、双闭环直流调速系统的硬件结构 (12)2.1主电路 (13)2.2 电流调节器 (14)2.3转速调节器 (14)2.4控制电路设计 (15)2.5、控制环节电源设计 (16)2.6、限幅电路 (16)2.7转速检测电路 (17)2.8、电流检测电路 (17)2.9、泵升电压限制 (18)三、电机参数及设计要求 (19)3.1电路根本信息如下： (19)3.2计算反响关键参数 (19)四、课程设计心得体会 (23)五、系统主要硬件结构图 (24)参考文献： (25)交直流调速课程设计任务书一、题目：双闭环可逆直流PWM调速系统设计二、设计目的1、对先修课程〔电力电子学、自动控制原理等〕的进一步理解与运用2、运用?电力拖动控制系统?的理论知识设计出可行的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。
也可以制作硬件电路。
3、同时能够加强同学们对一些常用单元电路的设计、常用集成芯片的使用以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。
到达综合提高学生工程设计与动手能力的目的。
三、系统方案确实定自动控制系统的设计一般要经历从“机械负载的调速性能〔动、静〕→电机参数→主电路→控制方案〞〔系统方案确实定〕→“系统设计→仿真研究→参数整定→直至理论实现要求→硬件设计→制板、焊接、调试〞等过程，其中系统方案确实定至关重要。
为了发挥同学们的主观能动作用，且防止方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数由同学自已选定。
1、主电路采用二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器;2、速度调节器和电流调节器采用PI调节器；U*nm=U*i m =U cm=10V3、机械负载为对抗性恒转矩负载，系统飞轮矩〔含电机及传动机构〕GD2 ＝1.5Nm2；4、主电源：可以选择三相交流380V供电，变压器二次相电压为52V；5、他励直流电动机的参数：见习题集【4-19】〔p96〕n N=1000r/min，电枢回路总电阻R=2Ω，电流过载倍数λ=2；6、PWM装置的放大系数K s=11；PWM装置的延迟时间T s=0.4ms。
全数字化双闭环可逆直流PWM调速系统设计
收稿 日期 ：０６０ ． ； ２０ － １ 收到修 改稿 日期 ：０６０ －６ ３２ ２０－５ ２
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第３流 Ｐ 词 速 系统 设 计 全 ＷＭ
Ｉ １ ｌ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｒｅ ｅ ｉｌ Ｃ ｔ ｎ ｙ ｔ ； ｕ ｅ ｕ ｈ ｏ ； ｕｓ － ｉｔ ｄ ｌｔ ｎ Ｎ ｍｂ ｒｃ ｎ ｒＨ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ： ｖ ｒ ｂｅ Ｄ ｉ ｇ ｓ ｓ ｓ ｍｉ ｍ ｅ Ｎ ｍｂ ｒｔ ｃ ｆ Ｐ ｌ ｗ ｄ ｍｏ ｕａ ｏ ； ｕ ｅ ｏ ｔ ｅ ｏ ｅ ｈ ｉ ｏ
ｗ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｃ ｒ ｆ ９ ５ ｉｇｅ ｃ ｉ ， ｓ ｇ ｔｅ ｃ ｉｓｏ ２ ５ ８ ３ ８ ７ ／ Ｃ ８ ９ ７ １ １ ａ ｄ ｓ ｍｅ ｐ ｒ ｈ ｒｌ ｉ ｕｔ ． ａ ａ ｅ ｎ ｔ ｏｅ ｏ Ｃ ２ ｓ ｌ ｈ ｐ ｕ ． ｈｐ ｆ ５ ／２ ／ ２ ９ ＡＤ ０ ０ ／ ４ ９ ｎ ｏ ｉ ｅａ ｒ ｉ ｈ ８ ｎ ｍ ｈ ８ ５ ｅ ｐ ｃｃ ｓ
Ｍ／ 测速 原 理是在 对光 电编 码 器输 出的测 速 Ｔ法
脉冲数 ｍ 进行计数的同时 ， 对时钟 脉冲的个数 ｍ
也 进行计 数 。
２ 高精度数字测 速电路
转速检测 的精 度和快速性对 电机调速 系统 的 静、 动态性 能影响极 大。为 了在较 宽的速度范围 内
获 得高 精 度 和快 速 的 数 字 测 速 ， 设 计 使 用 每 转 本
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第３ ２卷第 ５期
２０ Ｏ ６年 ９月
中国测试技术
Ｃ 如 Ａ Ａ １ Ｉ日 Ｔ Ｃ ＭＥ Ｓ 『 ｄ ＲＥ Ｅ ＨＮ 】 ｌＹ ｏ Ｇ ０
Ｖ １３ Ｎ ． ｏ ．２ ０５ Ｓ ｐ．０ ６ ｅ ｔ２ ０
H型双极式PWM直流调速系统设计
控制系统课程设计设计题目：H型双极式PWM直流调速系统设计学生姓名：***学号：200515221108专业班级：05自动化1班学部：信息科学与技术部指导教师：***2008 年11 月28 日河北理工大学本科生课程设计成绩总评表学部：信息科学与技术部班级：05自动化1班注：设计总成绩=说明书评定成绩（60%）＋答辩成绩（40%）设计任务书(一)性能指标要求：稳态指标：系统无静差动态指标：%5≤i σ；空载起动到额定转速时%10≤n σ。
(二)给定电机及系统参数：P N = 220W , U N = 48V , I N =3.7A ,2=λ，n N = 200r/min ，R a = 6.5Ω 电枢回路总电阻R =8Ω 电枢回路总电感L = 120mH 电机飞轮惯量GD 2 = 1.29Nm 2(三)设计步骤及说明书要求： 1 画出系统结构图，并简要说明工作原理。
2 根据给定电机参数，设计整流变压器，并计算变压器容量及副边电压值;选 择整流二极管及开关管的参数，并确定过流、过压保护元件参数。
3分析PWM 变换器，脉宽调制器（UPW ）及逻辑延时（DLD ）工作原理。
4 设计ACR 、ASR 并满足给定性能指标要求。
5 完成说明书，对构成系统的各环节分析时，应先画出本环节原理图，对照分析。
6打印说明书（A4），打印电气原理图（A4）。
目录一引言 (1)二系统构成和原理 (1)三 PWM主电路设计 (3)四电流调节器和转速调节器的设计 (4)4.1 电流调节器ACR的设计 (4)4.2转速调节器ASR设计 (4)4.2.1电流环等效闭环传递函数 (7)4.2.2转速调节器结构的选择 (8)4.2.3时间常数的确定 (8)4.2.4转速调节器参数的选择 (8)4.2.5校验近似条件 (8)4.2.6校核转速超调量 (8)4.2.7转速调节器的实现 (9)五基于SG3525 为核心构成的控制电路 (9)5.1 SG3525芯片的内部结构及工作原理 (9)5.2逻辑延时环节 (10)六驱动电路设计 (11)七电流反馈和转速反馈电路设计 (12)7.1电流反馈电路设计 (12)7.2转速反馈电路设计 (13)八结束语 (13)九参考文献 (15)十总电路图 (16)1引言直流电动机由于有着广泛的起制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，且直流拖动系统在理论上和实践上都比较成熟，因而目前应用广泛。
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计LT一、设计目标与技术参数直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下：额定电压：U N=220V；额定电流：I N=136A；额定转速：n N：=1460r/min；电枢回路总电阻：R=0.45Ω；电磁时间常数：T l=0.076s；机电时间常数：T m=0.161s；电动势系数：C e=0.132V*min/r；转速过滤时间常数：T on=0.01s；转速反馈系数α=0.01 V*min/r；允许电流过载倍数：λ=1.5；电流反馈系数：β=0.07V/A；电流超调量：σi ≤5%；转速超调量：σi≤10%；运算放大器：R=4KΩ；晶体管PWM功率放大器：工作频率：2KHz；工作方式：H型双极性。
PWM变换器的放大系数：K S=20。
二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道，采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环调速系统就难以满足需要。
这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。
如图2-1所示。
图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。
在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。
直流双闭环调速系统的结构图如图2-2所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。
其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。