双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计
关于双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计之欧阳科创编
目录交直流调速课程设计任务书 (1)1、题目：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 (1)2、设计目的 (1)3、系统方案的确定 (1)4、设计任务 (1)5、课程设计报告的要求 (1)6、参考资料 (2)双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 (3)1、设计分析 (3)1.1双闭环调速系统的结构图 (3)1.2调速系统起动过程的电流和转速波形 (3)1.3 H桥双极式逆变器的工作原理 (3)1.4 PWM调速系统的静特性 (5)2、电路设计 (6)2.1给定基准电源 (6)2.2双闭环调节器电路设计 (7)2.2.1电流调节器 (7)2.2.2转速调节器 (7)2.3 信号产生电路 (8)2.4 IGBT基极驱动电路原理 (10)2.5 基于EXB841驱动电路设计 (10)2.6 锯齿波信号发生电路 (11)2.7转速及电流检测电路 (12)2.7.1 转速检测电路 (12)2.7.2 电流检测电路 (12)3、调节器的参数整定 (13)3.1电流环的设计 (13)3.2转速环的设计 (15)4、电路图总体设计 (18)5、参考文献 (19)交直流调速课程设计任务书1、题目：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计2、设计目的2.1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2.2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。
2.3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。
达到综合提高学生工程设计与动手能力的目的。
3、系统方案的确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”（系统方案的确定）→“系统设计→仿真研究→参数整定→直到理论实现要求→硬件设计→制版、焊接、调试”等过程，其中系统方案的确定至关重要。
为了发挥同学们的主管能动作用，且避免方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数有同学自己选定。
实验四 双闭环控制可逆直流脉宽调速系统
实验四双闭环控制可逆直流脉宽调速系统（H 桥）一、实验目的(1)了解转速、电流双闭环可逆直流PWM调速系统的组成、工作原理及各单元的工作原理。
(2)掌握双闭环可逆直流PWM 调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。
(3)测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能指标。
二、实验原理图4-1 双闭环H 桥DC/DC 变换直流调速系统原理框图速度给定信号G，速度调节器ASR，电流调节器ACR，控制PWM信号产生装置UPM，DLD单元把一组PWM波形分成两组相差180°的PWM 波，并产生一定的死区，用于控制两组臂；GD的作用是形成四组隔离的PWM驱动脉冲；PWM 为功率放大电路，直接给电动机M供电；DZS是零速封锁单元；FA限制主电路瞬时电流，过流时封锁DLD单元输出；电流反馈调节单元CFR；速度反馈调节SFR。
三、实验所需挂件及附件四、实验内容与步骤(1)系统单元调试①速度调节器(ASR)和电流调节器(ACR)的调零把调节器的输入端1、2、3 全部接地，4、5 之间接50K电阻，调节电位器RP3，使输出端7绝对值小于1mv。
②速度调节器(ASR)和电流调节器(ACR)的输出限幅值的整定在调节器的3个输入中的其中任一个输入接给定，在4、5之间接50K电阻、1uF 电容，调节给定电位器，使调节器的输入为-1V，调节电位器RP1，使调节器的输出7为+4V（输出正限幅值）；同样把给定调节为+1V，调节RP2，把负限幅值调节为-4V。
③零速度封锁器（DZS）观测首先把零速封锁器的输入悬空，开关S1拨至“封锁”状态，输出接速度或者电流调节器的零速封锁端6，无论调节器的输入如何调节，输出7始终为零。
把面板上的给定输出接至零速封锁单元其中一路，另一路悬空，增大给定，测量零速封锁单元输出端3：给定的绝对值大于0.26V左右时，封锁端3输出-15V；减小给定，给定的绝对值小于0.17V左右时，封锁端3输出+15V。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证双闭环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统是一种常见的电机调速控制方案。
该系统通过两个闭环来实现电机的速度控制和电流控制，从而实现精准的调速效果。
本文将介绍双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计原理，并使用MATLAB进行仿真验证。
设计原理：该系统由以下几个主要部分组成：1.输入信号：输入信号一般是一个速度设定值，表示期望电机的转速。
该信号可以通过人机界面或其他控制系统输入。
2.速度控制环：速度控制环根据输入信号和反馈信号之间的差异来控制电机的转速。
常见的速度控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
3.脉宽调制器：脉宽调制器根据速度控制环输出的控制信号来生成PWM信号，控制电机的转速。
通常使用的脉宽调制算法有定时器计数法和比较器法。
4.电流控制环：电流控制环根据PWM信号和反馈信号之间的差异来控制电机的电流。
常见的电流控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
5.电机驱动器：电机驱动器将电流控制环输出的控制信号转换为电机驱动信号，驱动电机正常运转。
MATLAB仿真验证：为了验证双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的性能，可以使用MATLAB进行仿真。
以下是一种基本的MATLAB仿真流程：1.定义电机模型：根据电机的参数和特性，定义一个数学模型来表示电机的动态响应，例如通过电机的转矩-转速曲线或电机的方程。
2.设计速度控制器：根据系统要求和电机模型，设计一个适当的速度控制器。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
3.设计PWM调制器：根据速度控制器输出的控制信号，设计一个PWM调制器来生成PWM信号。
根据电机模型和控制要求，选择合适的PWM调制算法。
4.设计电流控制器：根据PWM信号和电机模型，设计一个电流控制器。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
5. 仿真验证：将以上设计参数输入到MATLAB仿真模型中，并进行仿真验证。
可以使用Simulink工具箱来搭建仿真模型，并通过逐步增加负载或改变速度设定值等方式来验证系统的性能。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计一、系统概述二、系统设计原理1.速度内环设计原理速度内环的目标是实现对电机转速的闭环控制。
通过测量电机输出轴速度和设定速度值之间的差异，根据PID控制算法计算出控制信号，通过控制器输出的脉宽PWM信号调节电机的输出转矩，从而实现对电机速度的控制。
2.电流外环设计原理电流外环的目标是实现对电机电流的闭环控制。
通过测量电机的电流和设定电流值之间的差异，根据PID控制算法计算出电流控制信号，通过控制器输出的脉宽PWM信号调节电机的电流，从而实现对电机电流的控制。
三、系统构建要素1.电机驱动模块：用于控制电机的转矩和速度，并提供脉宽PWM信号输出接口。
通常使用MOSFET或IGBT作为功率开关元件。
2.速度测量模块：用于测量电机输出轴的转速，通常采用霍尔元件或编码器。
3.电流测量模块：用于测量电机的电流。
通常通过电流传感器或全桥电流检测器实现。
4.控制器：对测量的速度和电流数据进行处理，根据PID控制算法计算出合适的脉宽PWM信号，控制电机的转速和电流。
5.信号调理模块：用于对控制信号进行滤波和放大，以保证信号的稳定性和合理性。
6.反馈回路：将测量得到的电机速度和电流数据反馈给控制器，以实现闭环控制。
7.电源模块：为整个系统提供稳定的电源。
四、系统工作流程1.控制器通过速度测量模块获取电机的实际速度，并与设定速度进行比较计算出速度误差。
2.控制器通过电流测量模块获取电机的实际电流，并与设定电流进行比较计算出电流误差。
3.将速度误差和电流误差作为输入，经过PID控制算法计算出合适的脉宽PWM信号。
4.控制器将计算得到的脉宽PWM信号通过信号调理模块进行滤波和放大，然后输出到电机驱动模块。
5.电机驱动模块根据脉宽PWM信号的占空比调节电机的输出转矩和电流。
6.通过反馈回路将电机的实际速度和电流信息返回给控制器。
7.根据反馈信息对速度误差和电流误差进行修正，进一步优化脉宽PWM信号的计算。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计一、系统结构设计：系统结构包括输入电源、PWM逆变器、直流电机、电流环和速度环。
输入电源提供电压给PWM逆变器，PWM逆变器将直流电压转换为交流电压，并通过变换器将其提供给直流电机。
同时，电流环用于控制PWM逆变器输出的电流，速度环用于控制直流电机的转速。
二、电流环控制器设计：电流环控制器根据直流电机当前的速度误差，计算所需的电流控制量。
该控制量将通过PWM逆变器的调制信号控制输出电流的大小。
电流环控制器可以采用PI控制器或者其他控制算法，根据系统要求进行选择。
三、速度环控制器设计：速度环控制器根据输入的期望转速和直流电机当前的转速误差，计算所需的电流控制量。
该控制量将通过电流环控制器的反馈信号，控制电流环控制器的输出。
速度环控制器可以采用PI控制器或者其他控制算法，根据系统的要求进行选择。
四、参数调节与优化：在系统设计完成后，需要进行参数调节和优化来使系统达到更好的性能。
参数调节可以通过试验来进行，根据试验的结果来逐步调整控制器的参数，以达到期望的控制效果。
参数优化可以通过优化算法来进行，根据系统的动态特性和性能指标进行参数优化，以提高系统的控制性能。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计需要考虑系统的控制精度、动态响应速度和稳定性等因素。
在实际的设计过程中，还需要考虑系统的成本和可行性等因素。
在设计完成后，还需要进行系统的实验验证，以确定系统是否满足设计要求，并进行必要的修改和改进。
总之，双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计是一个复杂的过程，需要综合考虑系统的各个方面因素，并进行系统的参数调节和优化。
只有设计合理、参数优化的系统才能提高直流电机的控制性能和精度。
转速电流双闭环pwm—m可逆直流脉宽调速系统实验报告
转速电流双闭环pwm—m可逆直流脉宽调速系统实验报告转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验报告一、引言直流调速系统是现代工业中常用的电机调速方式之一，在实际应用中具有广泛的使用。
其中，转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统是其中一种典型的调速控制方式。
本实验旨在通过搭建转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统，研究其调速性能以及运行特点。
二、实验目的1. 理解转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统的原理和结构；2. 掌握控制脉宽调制技术在直流电机调速系统中的应用；3. 通过实验验证该调速系统的性能和运行特点。
三、实验原理转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统是将转速和电流两个回路分别采用闭环控制的直流调速系统。
其中，转速回路通过传感器对电机转速进行采集，与期望转速进行比较后，经过PID控制器得到转速控制信号，再经过比较器进行与PWM脉宽控制信号进行比较产生控制脉宽；电流回路通过采集直流电机的电流信号，经过PID控制器得到电流控制信号，再与PWM控制脉宽信号进行比较生成最终的输出脉宽。
四、实验步骤1. 搭建转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验装置；2. 设置期望转速和电流参考值；3. 分别采集电机转速和电流信号；4. 利用PID控制器对转速和电流进行闭环控制；5. 通过比较器生成脉宽控制信号，控制电机转矩；6. 记录实验数据并进行分析。
五、实验结果与分析通过实验，我们可以得到实验数据并进行分析。
其中，我们可以通过比较实际转速与期望转速的差距，来评价转速闭环控制的性能。
同时，通过比较实际电流值与期望电流值之间的差距，来评价电流闭环控制的性能。
根据实验数据，我们可以得到转速与电流控制的准确性、稳定性以及响应速度等指标，评估整个调速系统的性能。
六、结论通过实验，我们成功搭建了转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验装置，并完成了相关实验。
根据实验结果分析，我们可以评估该调速系统的性能和运行特点。
关于双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计
. . ..目录交直流调速课程设计任务书 (1)1、题目：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 (1)2、设计目的 (1)3、系统方案的确定 (1)4、设计任务 (1)5、课程设计报告的要求 (1)6、参考资料 (2)双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 (3)1、设计分析 (3)1.1双闭环调速系统的结构图 (3)1.2调速系统起动过程的电流和转速波形 (3)1.3 H桥双极式逆变器的工作原理 (3)1.4 PWM调速系统的静特性 (5)2、电路设计 (6)2.1给定基准电源 (6)2.2双闭环调节器电路设计 (7)2.2.1电流调节器 (7)2.2.2转速调节器 (7)2.3 信号产生电路 (8)2.4 IGBT基极驱动电路原理 (10)2.5 基于EXB841驱动电路设计 (10)2.6 锯齿波信号发生电路 (11)2.7转速及电流检测电路 (12)2.7.1 转速检测电路 (12)2.7.2 电流检测电路 (12)3、调节器的参数整定 (13)3.1电流环的设计 (13)3.2转速环的设计 (15)4、电路图总体设计 (18)5、参考文献 (19).v .. ..交直流调速课程设计任务书1、题目：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计2、设计目的2.1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2.2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。
2.3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。
达到综合提高学生工程设计与动手能力的目的。
3、系统方案的确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”（系统方案的确定）→“系统设计→仿真研究→参数整定→直到理论实现要求→硬件设计→制版、焊接、调试”等过程，其中系统方案的确定至关重要。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计
交直流调速课程设计任务书1、题目：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计2、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。
达到综合提高学生工程设计与动手能力的目的。
3、系统方案的确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”（系统方案的确定）→“系统设计→仿真研究→参数整定→直到理论实现要求→硬件设计→制版、焊接、调试”等过程，其中系统方案的确定至关重要。
为了发挥同学们的主管能动作用，且避免方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数有同学自己选定。
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；3机械负载为反抗性恒转矩负载，调速范围D=2；系统飞轮矩（含电机及传动机构）4主电源：可以选择单相交流220V供电；变压器二次电压为67V；1他励直流电动机的参数：略4、设计任务1总体方案的确定；2主电路原理及波形分析、元件选择、参数计算；3系统原理图、稳态结构图、动态结构图、主要硬件结构图；4控制电路设计、原理分析、主要元件、参数的选择；5调节器、PWM信号产生电路的设计；6检测及反馈电路的设计与计算；5、课程设计报告的要求：1不准相互抄袭或代做，一经查出，按不及格处理；2报告字数：不少于8000字（含图、公式、计算式等）。
3形式要求：以《福建农林大学本科生课程设计》（工科）的规范化要求撰写。
要求文字通顺、字迹工整、公式书写规范、报告书上的图表允许徒手画，但必须清晰、正确且要有图题。
4必须画出系统总图，总图不准徒手画，电路图应清洁、正确、规范。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计本文设计的是一种具有双闭环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统，
该系统由可控硅恒流源、调节电阻、调速电机、反馈传感器以及控制器等
组成。
这种设计可以在变频调速时，由于机械无源滤波器的原因，输出电
压可能抖动，因此采用双闭环系统来抑制调速器的输出抖动，从而实现高
精度的调速控制。
具体而言，设计的系统由可控硅恒流源、调节电阻、调速电机、反馈
传感器以及控制器等组成。
可控硅恒流源通过改变晶闸管的势垒值来控制
调速电机的负载电流，调节电阻的作用是控制恒流源的过载，调速电机负
责驱动负载，反馈传感器用来捕捉负载转速信号，通过比较控制器设定的
参考值和实际转速值来实现双闭环控制。
此外，在控制器中还设置了系统节拍、增量式比较器、PID控制算法等，系统节拍的作用是帮助控制器对转速信号进行采样，以便有效地调节
调速电机的转速，增量式比较器用来比较参考值和实际转速，得出调节量，最后PID控制算法将比较器的调节量与恒流源的控制电流相乘，得出控制
调速电机的PWM信号，从而实现对调速电机的调速控制。
双闭环可逆直流脉宽调速系统设计(附电路图及程序清单)
双闭环可逆直流脉宽调速系统设计（附电路图及程序清单）课程设计用纸教师批阅核准通过，归档资料。
未经允许，请勿外传～双闭环可逆直流脉宽调速系统设计摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，因此本次设计基于单片机89S51芯片建立了双闭环可逆直流脉宽调速系统的数学模型,设计了一套实验用双闭环可逆直流脉宽调速系统，并详细分析系统的原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。
关键词:直流电机、单片机89S51、双闭环可逆、PWM调速、仿真 - - - 1 - 课程设计用纸目录教师批阅第一章设计的内容和要求 (1)1.1 设计的目的及意义 (1)1.2 设计的任务和要求 (1)第二章方案设计...............................................................2 第三章理论分析 (3)3.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 (3)3.2 转速、电流双闭环直流调速系统的数学模型 (4)3.3 电流环的设计 (4)3.4 转速环的设计 (7)第四章系统硬件电路设计 (9)4.1 主电路设计 (9)4.2 控制电路设计 (9)4.3 驱动电路设计 (10)4.4 系统反馈检测电路设计 (11)4.5 光电隔离电路设计 (13)4.6 系统硬件电路原理图 (13)第五章软件设计 (14)5.1 程序流程图 (14)5.2 程序清单 (15)第六章调试与仿真............................................................16 第七章总结.....................................................................18 附录 (19)附录I系统硬件电路原理图 (19)附录II 程序清单………………………………………………………………20 参考文献………………………………………………………………24 - - - 2 - 课程设计用纸第一章设计的内容和要求教师批阅 1.1 设计的目的及意义通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。
转速、电流双闭环可逆直流PWM调速系统设计
3、对学生进行基本技能训练，例如组成系统、编程、调试、绘图等，使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。
二、设计要求：
设计一个转速、电流双闭环控制PWM可逆直流调速系统，电动机控制电源采用
图3双闭环直流调速系统的稳态结构框图
α----转速反馈系数β----电流反馈系数
PI调节器的稳态特性一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值，不饱和——输出未达到限幅值。当调节器饱和时当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，也就是说饱和的调节器暂时隔断了输入和输出的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI的作用使输入偏差电压 在稳态时总为零。
（2）电网电压波动:10%;
（3）环境温度:-40~+40摄氏度;
（4）环境湿度:10~90%；
控制系统性能指标:
（1）电流超调量小于等于5%;
（2）空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于10%;
（3）调速范围：D＝10;
（4）静差率小于等于0.1。
三、双闭环直流调速系统
3.1
对于经常正、反转运行的调速系统，应尽量缩短启、制动过程的时间，达到图1所示的理想过度过程曲线，完成时间最优控制。即在过渡过程中始终保持转矩为允许的最大值，使直流电动机以最大的加速度加、减速。到达给定转速时，立即让电磁转矩与负载转矩相平衡，从而转入稳态运行。对于恒磁通的他励直流电动机而言，转矩控制就成为了电流控制。
实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，图1所示的理想过度过程只能得到近似的逼近，其关键是要获得使电流保持为最大值 的恒流启=制动过程。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计说明
电力拖动自动控制系统课程设计报告PWM控制双闭环可逆直流调速系统设计学院：信息工程学院学号：专业（方向）年级：学生姓名：扬州大学信息工程学院年月日目录1. 课程设计任务书 (1)2．课程设计技术报告 (3)2.1 方案确定 (3)2.1.1方案选定 (3)2.1.2桥式可逆PWM变换器工作原理 (3)2.1.3系统控制电路图 (6)2.1.4双闭环直流调速系统静态分析 (6)2.1.5双闭环直流调速系统稳态结构图 (7)2.2硬件结构 (9)2.2.1主电路 (9)2.2.2泵升压限制 (11)2.3主电路参数计算及元件选择 (12)2.3.1整流二极管选择 (12)2.3.2绝缘栅双极晶体管选择 (12)2.4调节器参数设计和选择 (13)2.4.1电流环的设计 (13)2.4.2转速环的设计 (16)2.4.3反馈单元 (18)2.5 系统动态结构图 (19)2.6 系统仿真3．心得体会 (20)4. 参考资料1、课程设计任务书1.1、题目PWM控制双闭环可逆直流调速系统设计1.2、设计目的和意义（1）、通过对电力拖动控制系统的设计，了解电力电子、自动控制原理及电力拖动自动控制系统课程所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力，为今后从事技术工作打下必要的基础。
（2）、运用《电力拖动控制系统》的理论知识设计出满足任务书要求的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。
1.3、技术数据（1）、他励直流电动机的参数：电枢电阻Ra=1.64Ω，电枢回路总电感L=10.2mH ，额定电流nom I =6A ，额定电压nom U =110V 。
额定转速n=1000r/min ，电流过载倍数λ=2。
励磁电压110V ，励磁电流0.4A 。
转动惯量0.0468kg.m 2,磁场与电枢互感2.17。
（2）、电枢回路总电阻R=2Ω,调速系统的最小负载电流o I =1A 。
（3）、主电源：可以选择单相交流220V 供电； （4）、稳定指标，无静差。
运动控制系统--双闭环可逆直流脉宽调速系统
实验一双闭环可逆直流脉宽调速系统一、原理图图1-1 双闭环直流调速系统电路原理图在中小容量的直流传动系统中,采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性,因而日益得到广泛应用。
双闭环脉宽调速系统的原理框图如图1-10所示。
图中可逆PWM变换器主电路系采用lGBT所构成的H型结构形式,UPW为脉宽调制器,DLD为逻辑延时环节,GD为MOS管的栅极驱动电路,FA为瞬时动作的过流保护。
脉宽调制器UPW米用美国硅通用公司的第二代产品SG3525,这是一种性能优良,功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。
由于它简单、可靠及使用方便灵活,大大简化了脉宽调制器的设计及调试,故获得广泛使用。
二、接线图1、SG3525性能测试:按下S1琴键开关，(1)用示波器观察UPW的“1”端的电压波形，记录波形的周期和幅度。
(2)用示波器观察UPW的“2”端的电压波形，调节UPW的RP电位器，使方波的占空比为50%。
2、控制电路的调试逻辑延时时间的测试，在上述实验的基础上，分别将正副给定均调到零，连接UPW的“2”端和DLD的“1”端，用示波器观察“DLD”的“1”和“2”端的输出波形，并记录延时时间t。
d---------------3、开环系统调试主回路按图1-10a接线，控制回路可参考图1-10b，但调节器不接，控制回路直接将NMCL-31的给定接至NMCL-10A的UPW“3”端，并将UPW“2”端和DLD“1”端相连，驱动电路的G1、G2、G3、G4相连。
(1）电流反馈系数的调试a.将正、负给定均调到零，合上主控制屏电源开关，接通直流电机励磁电源。
b.调节正给定，电机开始起动直至达1500r/min。
c.给电动机拖加负载，即逐渐减小发电机负载电阻，直至电动机的电枢电流为1A。
d.调节“FBA”的电流反馈电位器，用万用表测量“8”端电压达2V左右。
（2）速度反馈系数的调试在上述实验的基础上，再次调节电机转速为1400r/min，调节NMCL-31A的“FBS”电位器，使速度反馈电压为5V左右。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计说明
交直流调速课程设计任务书1、题目：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计2、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。
达到综合提高学生工程设计与动手能力的目的。
3、系统方案的确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”（系统方案的确定）→“系统设计→仿真研究→参数整定→直到理论实现要求→硬件设计→制版、焊接、调试”等过程，其中系统方案的确定至关重要。
为了发挥同学们的主管能动作用，且避免方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数有同学自己选定。
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；3机械负载为反抗性恒转矩负载，调速范围D=2；系统飞轮矩（含电机及传动机构）4主电源：可以选择单相交流220V供电；变压器二次电压为67V；1他励直流电动机的参数：略4、设计任务1总体方案的确定；2主电路原理及波形分析、元件选择、参数计算；3系统原理图、稳态结构图、动态结构图、主要硬件结构图；4控制电路设计、原理分析、主要元件、参数的选择；5调节器、PWM信号产生电路的设计；6检测及反馈电路的设计与计算；5、课程设计报告的要求：1不准相互抄袭或代做，一经查出，按不及格处理；2报告字数：不少于8000字（含图、公式、计算式等）。
3形式要求：以《福建农林大学本科生课程设计》（工科）的规范化要求撰写。
要求文字通顺、字迹工整、公式书写规范、报告书上的图表允许徒手画，但必须清晰、正确且要有图题。
4必须画出系统总图，总图不准徒手画，电路图应清洁、正确、规范。
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电力拖动自动控制系统课程设计报告PWM控制双闭环可逆直流调速系统设计学院：信息工程学院学号：专业（方向）年级：学生姓名：扬州大学信息工程学院年月日目录1. 课程设计任务书 (1)2．课程设计技术报告 (3)2.1 方案确定 (3)2.1.1方案选定 (3)2.1.2桥式可逆PWM变换器工作原理 (3)2.1.3系统控制电路图 (6)2.1.4双闭环直流调速系统静态分析 (6)2.1.5双闭环直流调速系统稳态结构图 (7)2.2硬件结构 (9)2.2.1主电路 (9)2.2.2泵升压限制 (11)2.3主电路参数计算及元件选择 (12)2.3.1整流二极管选择 (12)2.3.2绝缘栅双极晶体管选择 (12)2.4调节器参数设计和选择 (13)2.4.1电流环的设计 (13)2.4.2转速环的设计 (16)2.4.3反馈单元 (18)2.5 系统动态结构图 (19)2.6 系统仿真3．心得体会 (20)4. 参考资料1、课程设计任务书1.1、题目PWM 控制双闭环可逆直流调速系统设计1.2、设计目的和意义（1）、通过对电力拖动控制系统的设计，了解电力电子、自动控制原理及电力拖动自动控制系统课程所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力，为今后从事技术工作打下必要的基础。
（2）、运用《电力拖动控制系统》的理论知识设计出满足任务书要求的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。
1.3、技术数据（1）、他励直流电动机的参数：电枢电阻Ra=1.64Ω，电枢回路总电感L=10.2mH ，额定电流nom I =6A ，额定电压nom U =110V 。
额定转速 n=1000r/min ，电流过载倍数λ=2。
励磁电压110V ，励磁电流0.4A 。
转动惯量,磁场与电枢互感2.17。
（2）、电枢回路总电阻R=2Ω,调速系统的最小负载电流o I =1A 。
（3）、主电源：可以选择单相交流220V 供电；（4）、稳定指标，无静差。
动态指标， %5≤δi（5）、空载起动到额定转速时转速超调量15%n δ≤（6）、给定电压最大值为±10V 。
1.4、设计任务（1）总体方案的确定；（2）主电路原理及波形分析、元件选择、参数计算；（3）系统原理图、稳态结构图、动态结构图；（4）电流环、转速环的参数的设计；（5）根据电流环、转速环的参数构建仿真模型；（6）进行MATLAB仿真；2、课程设计技术报告2.1、方案确定2.1.1 方案选定直流双闭环调速系统的结构图如图1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。
总体方案简化图如图1所示。
图1 双闭环调速系统的结构简化图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。
2.1.2桥式可逆PWM变换器的工作原理脉宽调制器的作用是：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，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。
桥式可逆PWM 变换器电路如图2所示。
这是电动机M 两端电压AB U 的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。
图2 桥式可逆PWM 变换器电路双极式控制可逆PWM 变换器的四个驱动电压波形如图3所示。
O OO OU g1U g2U-Usi d图3 PWM 变换器的驱动电压波形他们的关系是：1423g g g g U U U U ==-=-。
在一个开关周期内，当0on t t ≤<时，晶体管1VT 、4VT 饱和导通而3VT 、2VT 截止，这时AB s U U =。
当on t t T ≤<时，1VT 、4VT 截止，但3VT 、2VT 不能立即导通，电枢电流d i 经2VD 、3VD 续流，这时AB s U U =-。
AB U 在一个周期内正负相间，这是双极式PWM 变换器的特征，其电压、电流波形如图2所示。
电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。
当正脉冲较宽时，2on T t >，则AB U 的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，2on T t =，平均输出电压为零，则电动机停止。
双极式控制可逆PWM 变换器的输出平均电压为21on on on d s s t T t t U U U T T T -⎛⎫=-=- ⎪⎝⎭ 如果定义占空比on t T ρ=，电压系数d sU U γ= 则在双极式可逆变换器中21γρ=-调速时，ρ的可调范围为0～1相应的1~1γ=-+。
当12ρ>时，γ为正，电动机正转；当12ρ<时，γ为负，电动机反转；当12ρ=时，0γ=，电动机停止。
但电动机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。
这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。
但它也有好处，在电动机停止时仍然有高频微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。
双极式控制的桥式可逆PWM 变换器有以下优点：1）电流一定连续。
2）可使电动机在四象限运行。
3）电动机停止时有微震电流，能消除静摩擦死区。
4）低速平稳性好，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。
2.1.3 双闭环直流调速系统的静特性分析由于采用了脉宽调制，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，电压平衡方程如下d s d di U Ri LE dt =++ (0)on t t ≤<. d s d di U Ri L E dt=++ ()on t t T ≤< 按电压平衡方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式，电枢两端在一个周期内的电压都是d s U U γ=，平均电流用d I 表示，平均转速/e n E C =，而电枢电感压降d di L dt的平均值在稳态时应为零。
于是其平均值方程可以写成 s d d e U RI E RI C n γ=+=+则机械特性方程式0sd de e eU R R n I n I C C C γ=-=- 2.1.4 双闭环直流调速系统的稳态结构图首先要画出双闭环直流系统的稳态结构图如图4所示，分析双闭环调速系统静特性的关键是掌握PI 调节器的稳态特征。
一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值；不饱和——输出未达到限幅值。
当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当与使该调节环开环。
当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电压在稳态时总是为零。
图4 双闭环直流调速系统的稳态结构框图实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。
因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合于一个调节器输入端的缺点，最好的方法就是将被调量转速与辅助被调量电流分开加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。
所以本文选择方案二作为设计的最终方案。
如图5为双闭环直流调速系统原理.图5 双闭环直流调速系统原理图2.2、硬件结构双闭环直流调速系统主电路中的 UPE 是直流 PWM 功率变换器。
系统的特点：双闭环系统结构，实现脉冲触发、转速给定和检测。
由软件实现转速、电流调节，系统由主电路、检测电路、控制电路、给定电路、显示电路组成。
如图6为双闭环直流 PWM 调速系统硬件结构图。
图6 双闭环直流 PWM 调速系统硬件结构图2.2.1 主电路主电路由二极管整流器 UR 、PWM 逆变器 UI 和中间直流电路三部分组成，一般都是电压源型的，采用大电容 C 滤波，同时兼有无功功率交换的作用。
可逆PWM 变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H 形）电路，如图7为桥式可逆PWM 变换器。
这时电动机M 两端电压Uab 的极性随开关器件驱动电压极性的变化而变化，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，本设计用的是双极性控制的可逆PWM 变换器。
双极性控制的桥式可逆PWM 变换器有电流一定连续、可使电动机在四象限运行、电动机停止时有微振电流可消除静摩擦死区、低速平稳性好等优点。
图7 桥式可逆PWM 变换器图8为双极式控制时的输出电压和电流波形。
1i d 相当于一般负载的情况，脉动电流的方向始终为正；2i d 相当于轻载情况，电流可在正负方向之间脉动，但平均值仍为正，等于负载电流。
图8 双极式控制时的输出电压和电流波形双极性控制可控PWM 变换器的输出平均电压为 s on s on s on U Tt U T t T U T t )12(U d -=--=转速反馈电路如图9所示，由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，由初始条件知滤波时间常数0.012s on T =。
根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入相同时间常数的给定滤波环节。
R0/2R0/2R0/2R0/2RnRbalCnConConUi*Un*-Un图 9 转速反馈电路2.2.2 泵升电压限制当脉宽调速系统的电动机减速或停车时,储存在电机和负载传动部分的动能将变成电能，并通过 PWM 变压器回馈给直流电源。
一般直流电源由不可控的整流器供电，不可能回馈电能，只好对滤波电容器充电而使电源电压升高，称作“泵升电压”。
如果要让电容器全部吸收回馈能量，将需要很大的电容量，或者迫使泵升电压很高而损坏元器件。
在不希望使用大量电容器（在容量为几千瓦的调速系统中，电容至少要几千微法）从而大大增加调速装置的体积和重量时，可以采用由分流电阻 R 和开关管 VT 组成的泵升电压限制电路，用R 来消耗掉部分动能。
R 的分流电路靠开个器件 VT 在泵升电压达到允许数值时接通。
2.3、主电路参数计算和元件选择主电路参数计算包括整流二极管计算，滤波电容计算、功率开关管 IGBT 的选择及各种保护装置的计算和选择等。
2.3.1 整流二极管的选择根据二极管的最大整流平均 f I 和最高反向工作电压 R U 分别应满足：3.32/61.121.1I )(f =⨯≈÷⨯>AV o I （A ） 17111021.121.1U 2R =⨯⨯=⨯⨯>U （V ）选用大功率硅整流二极管，型号和参数如下所示：在设计主电路时，滤波电容是根据负载的情况来选择电容C 值，使RC ≥（3~5）T/2，且有9495.01109.0U max d =⨯⨯=（V)2.00.51C 2⨯≥⨯，即C ≥15000uF故此，选用型号为CD15的铝电解电容，其额定直流电压为400V ，标称容量为22000uF 。