H桥可逆直流调速系统设计与实验(1)

燕山大学

CDIO课程项目研究报告

项目名称： H桥可逆直流调速系统设计与实验

学院（系）：电气工程学院

年级专业：

学号：

学生：

指导教师：

日期： 2014年6月3日

目录

前言 (1)

摘要 (2)

第一章调速系统总体方案设计 (3)

1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 (3)

1.2.稳态结构图和静特 (4)

1.2.1各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (6)

1.3双闭环脉宽调速系统的动态性能 (7)

1.3.1动态数学模型 (7)

1.3.2起动过程分析 (7)

1.3.3 动态性能和两个调节器的作用 (8)

第二章 H桥可逆直流调速电源及保护系统设计 (11)

第三章调节器的选型及参数设计 (13)

3.1电流环的设计 (13)

3.2速度环的设计 (15)

第四章Matlab/Simulink仿真 (17)

第五章实物制作 (20)

第六章性能测试 (22)

6.1 SG3525性能测试 (22)

6.2 开环系统调试 (23)

总结 (26)

参考文献 (26)

前言

随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。

项目预期成果：

设计一个双闭环可逆直流调速系统，实现电流超调量小于等于5%；转速超调量小于等于5%；过渡过程时间小于等于0.1s的无静差调速系统。

项目分工：参数计算：

仿真：

电路设计：

电路焊接：

PPT答辩：

摘要

本设计的题目是基于SG3525的双闭环直流电机调速系统的设计。SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。如果对系统的动态性能要求较高，则单闭环系统就难以满足需要。而转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差；构成的滞后校正，可以保证稳态精度；虽快速性的限制来换取系统稳定的，但是电路较简单。所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。本设计选用了转速、电流双闭环调速控制电路，本课题容重点包括调速控制器的原理，并且根据原理对转速调节器和电流调节器进行了详细地设计。概括了整个电路的动静态性能，最后将整个控制器的电路图设计完成,并且进行仿真。

关键词：双闭环直流可逆调速系统、H桥驱动电路、SG3525信号产生电路、PI调节器、MATLAB仿真

第一章调速系统总体方案设计

1.1转速单闭环调速系统的组成

图1.带电流截止反馈的转速单闭环直流调速系统

1.2稳态结构框图和静特性

为了分析单闭环调速系统的静特性，先绘出了它的电流截止负反馈环节的输人一输出特性如图2所示。

UPE

图2.电流截止负反馈环节的输人一输出特性

的闭环直流调速系统稳态结构图，如图3所示。

图3带电流截止反馈的闭环直流稳态结构框图

3

上式对应带电流截止反馈闭环调速系统的静特性如图4 4

1.3双闭环脉宽调速系统的动态性能

1.3.1动态数学模型

考虑到单闭环控制的结构可绘出单闭环调速系统的动态结构图，如图5所示。图中

W表示转速调节器的传递函数。为了引出电流反馈，电机的动态结构图中必须()

ASR S

把电流

I显露出来。

d

图5单闭环直流调速系统的动态结构框图

1.3.2起动过程分析

设置单闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析

单闭环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。

(a)

带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想快速起动过程

图6 调速系统起动过程的电流和转速波形

1.3.3 动态性能和调节器的作用

1）动态抗扰性能

1．抗负载扰动

由图5动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器来产生抗扰作用。因此，在突加（减）负载时，必然会引起动态速降（升）。为了减少动I dL

n

I d I dm I dL n t I d

O I dm I dcr n n (a) (b)