直流脉宽PWM调速系统课程设计
直流电机PWM脉宽调速系统设计
直流电机PWM脉宽调速系统设计基于 51 系列单片机的直流电机 PWM调速系统设计目录1 课程设计内容 (1)2 课程设计目的 (1)3 直流电动机调速概述 (2)3.1直流电机调速原理 (2)3.2直流调速系统实现方式 (3)4. 方案选择 (3)5 硬件电路设计 (4)5.1主电路 (4)5.2直流电动机驱动 (5)5.3控制电路 (6)5.4 PWM波形的程序实现 (7)5.5仿真电路图 (7)6 实验结果与分析 (8)6.1调试结果 (8)6.2调试分析 (8)6.3出现问题及分析 (9)7 收获与体会 (9)8 小组分工 (10)参考文献 (11)附录 (12)1 课程设计内容1．选用额定电压为220V，额定电流为1.2A的它励直流电动机（即把实验室的并励直流电动机做它励接法）作为调速对象。
要求带一发电机负载进行调速实验。
2．对直流电机进行四象限调速，实现直流电机的加速、减速和反转功能。
3．使用PWM技术实现直流电机的调速，通过改变触发脉冲的占空比来实现调速控制。
4．由于电机工作在220V直流电压下，所以电路分为高压和低压两部分，低压电路控制高压电路实行电机调速。
2 课程设计目的电机与拖动时一门要求实践性很强的课程，具有极其广泛的工程应用价值。
若要深入地掌握理论知识，就必须在加强理论学习的基础上，注重加强工程实践操作技能的系统训练。
不仅通过实验论证一些理论问题，而且还要通过工程设计、工程实践等环节，掌握该课程在实践工程应用、故障分析等方面的综合实践技能，使学生树立工程意识、提高工程实践能力。
本课程设计旨在通过学生独立完成小型电动机的设计达到对学生综合性训练。
具体设计目的如下：1.进一步加深对直流电机机构的认识，更好地理解电机的工作原理，对直流电机四象限运行有全面的理解。
2.熟悉对装备性能检验测定方法和步骤，进一步提高分析实验现象和实验结果的能力，提高发现问题，分析问题，解决问题，总结出一般规律的能力。
直流PWM调速系统课设
（一）任务书1 性能指标稳态指标：系统无静差动态指标：σi<=5%;空载起动到额定转速时σn<=10% 。
2 给定电机及系统参数P N=220W，U N=48V，I N=3.7A，λ=2，n N=200r/min，R a=6.5欧姆电枢回路总电阻R =8欧姆电枢回路总电感L =120mH电机飞轮惯量GD2=1.29 Nm23 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（B5），打印电气原理图（A2）。
并交软盘（一组）一张。
目录（二） 实验设计方法及其步骤一、 概述该系统是运用H 型双极模式PWM 控制的原理,采用电流速度双闭环控制方式,设计的一个基于PWM 控制的直流电机控制系统,并设计了软启动电路和完善的保护电路,确保直流电机控制系统准确、可靠地运行。
在主电路设计上,三相交流电经整流电路整流、电容滤波,再由4个IGBT 组成的H 型双极模式转换电路进行调压控制电机速度。
在控制电路中,采用双闭环控制系统,内环是电流环,外环是速度环。
电流检测采用根据磁场补偿原理制成的新型霍尔效应电流互感器—LEM 模块[1].,电流环调节器采用PI 调节,电流调节器输出控制脉冲宽度调制电路产生PWM 波,再通过脉冲分配电路和驱动电路控制IGBT 实现功率变换。
速度检测采用直流测速发电机,其结构简单可靠,准确度高。
为使整个系统能正常安全地运行,设计了过流、过载、过压、欠压保护电路,另外还有过压吸收电路。
确保了系统可靠运行。
二、 系统结构框图及工作原理2.1 系统结构框图如下：双闭环脉宽调速系统的原理框图如图2-1所示。
PWM直流脉宽调速系统课程设计
1目录PWM直流脉宽调速系统 (1)1 概述 (1)2 设计任务及要求 (2)2.1 主要任务 (2)2.2 设计要求 (2)3 理论设计 (3)3.1 方案论证 (3)3.2 系统模型的建立 (5)3.2.1 直流电机模型 (5)3.2.2 调速系统动态模型 (8)3.3 调速系统性能分析 (9)3.3.1 静态性能和启动过程 (9)3.3.2 动态性能 (11)3.3.3 两个调节器的作用 (12)3.4 调节器设计 (13)4 MATLAB仿真 (19)4.1 PWM直流脉宽调速系统仿真 (19)4.2 仿真结果 (19)5 小结 (20)参考文献 (21)附页 (21)1概述直流电动机具有良好的起、制动性能，易于在大范围内平滑调整，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应用。
自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器--直流电动机调速系统，简称直流PWM调速系统。
直流PWM调速系统采用门极可关断晶闸管GTO、全控电力晶体管GTR、MOSFET、IGBT等电力电子器件组成的直流脉冲宽度（PWM）型的调速系统近年来已经发展成熟，用途越来越广泛，与晶闸管可控整流调速系统（V-M系统）相比，在很多方面具有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率元件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；（4）系统频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强；（5）主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；（6）直流电源采用不可控三相整流时，电网功率因数高。
2 主要任务及要求题目中所给的负载电机额定数据如下：P N=8.5KW，U N=230V，I N=37A，n N=1450r/min，R a=1.0Ω，I fn=1.14A，GD2=2.96N.m2 T m=0.07s，T l=0.005s所给出的PWM变流装置参数如下：R rec=0.5Ω，K s=44。
直流脉宽PWM调速设计
交直流调速课程设计说明书一、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。
OOOOU 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1V T 、4V T 饱和导通而3V T 、2V T 截止，这时AB s U U =。
当on t t T ≤<时，1V T 、4V T 截止，但3V T 、2V T 不能立即导通，电枢电流d i 经2VD 、3V D 续流，这时AB s U U =-。
单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》
单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日目录设计题目 (3)1 设计要求及主要技术指标： (4)1.1 设计要求 (4)1.2 主要技术指标 (5)2 设计过程 (6)2.1 题目分析 (9)2.2 整体构思 (10)2.3 具体实现 (12)3 元件说明及相关计算 (14)3.1 元件说明 (14)3.2 相关计算 (15)4 调试过程 (16)4.1 调试过程 (16)4.2 遇到问题及解决措施 (20)5 心得体会 (21)参考文献 (22)附录一：电路原理图 (23)附录二：程序清单 (24)设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。
电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。
电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；PWM波形；LED显示器；51单片机1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM 调速控制装置。
1.1 设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。
（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。
（3）设计一个4个按键的键盘。
K1:“启动/停止”。
K2：“正转/反转”。
K3：“加速”。
K4:“减速”。
（4）手动控制。
在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。
在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。
PWM脉宽直流调速系统设计
PWM脉宽直流调速系统设计1.系统框图设计PWM脉宽直流调速系统主要由三部分组成：电源模块、控制模块和驱动模块。
电源模块负责为系统提供稳定的直流电源，控制模块负责根据设定的参数控制驱动模块的输出，驱动模块负责将控制信号转换成适合直流电机的驱动信号。
系统框图如下所示：```+-------------+Control signa------------->， Controlmodul+-------------+PWM signa+-------------+Power supply------------->， Powermodul+-------------+DC voltag+-------------+PWM signal------------->， Drivemodul+-------------+DC motor```2.电源模块设计电源模块的目标是提供稳定的直流电源。
常见的设计是使用整流电路将交流电转换为直流电，然后通过滤波电路去除纹波，最后使用稳压电路提供稳定的直流电压。
3.控制模块设计控制模块的目标是将输入的调速信号转换为合适的占空比控制信号。
通常使用微控制器或FPGA来实现，通过编程来实现对占空比的控制。
控制模块需要接收输入的设定转速信号，并根据反馈信号进行闭环控制。
4.驱动模块设计驱动模块的目标是将控制信号转换为适合直流电机的驱动信号。
在PWM调速系统中，常见的驱动模块是H桥驱动器。
H桥驱动器可根据输入信号的极性和占空比，选择合适的电平输出。
驱动模块还需要保证输出的电压和电流能满足直流电机的工作要求。
5.系统控制策略选择综上所述，PWM脉宽直流调速系统的设计包括系统框图设计、电源模块设计、控制模块设计和驱动模块设计。
设计时需要合理选择控制策略，并根据具体应用场景确定系统的参数和性能要求。
随着技术的不断发展，PWM脉宽直流调速系统的控制精度和响应速度也在不断提高，使其在工业控制和自动化领域中得到广泛应用。
PWM直流脉宽调速系统 调节器设计(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】目录1 引言 (1)2 设计方案的确定及设计所需设备仪器 (2)2.1 设计方案 (2)2.1.1 机械负载参数 (2)2.1.2 主电源参数他励直流电动机的参数 (2)2.2 所需设备 (2)3 调节器的电路设计 (4)3.1 电流调节器 (4)3.2 转速调节器 (6)4 其他电路设计原理 (10)4.1 主电路的设计 (10)4.2 SG3525的设计 (11)4.3 保护电路的设计 (13)5 课程设计实验结果 (14)5.1 PWM控制器SG3525性能测试 (14)5.2 开环系统测试 (14)5.3 闭环系统测试 (15)总结 (19)参考文献 (20)1 引言直流调速理论基础是经典控制理论，不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性，高智能化特点。
同时直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。
单闭环直速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足，快速性还不够好。
而基于电流和转的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。
而且，直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。
直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。
本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。
长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。
本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环2 设计方案的确定及设计所需设备仪器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[3]。
PWM脉宽直流调速系统设计课程设计
直流电机调速原理
直流电机 调速原理： 通过改变 电枢电压 或励磁电 流来改变 电机转速
直流电机 调速方式： 电枢电压 调速、励 磁电流调 速、电枢 电阻调速
电枢电压 调速：通 过改变电 枢电压来 改变电机 转速，适 用于恒转 矩负载
励磁电流 调速：通 过改变励 磁电流来 改变电机 转速，适 用于恒功 率负载
稳定性分析步 骤：确定系统 模型、分析系 统稳定性、优
化系统设计
可靠性分析
稳定性：系统在运 行过程中是否稳定， 是否会出现波动或 异常
准确性：系统输出 的信号是否准确， 是否符合设计要求
抗干扰能力：系统 在受到外部干扰时， 是否能够保持稳定 运行
故障诊断与处理： 系统出现故障时， 是否能够快速诊断 并处理，保证系统 正常运行
功率模块设计
功率模块类型： IGBT、
MOSFET等
功率模块选择： 根据系统需求 选择合适的功
率模块
功率模块参数： 电压、电流、
频率等
功率模块布局： 考虑散热、电 磁干扰等因素 进行布局设计
控制模块设计
控制模块组成：包括微处理 器、存储器、输入输出接口 等
控制模块功能：实现对电机 转速、电流、电压等参数的 控制
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汇报人：
高效化、节能化。
发展趋势与展望
应用领域：广泛应用于工业自动 化、智能家居、电动汽车等领域
市场前景：随着科技的发展，市 场需求不断增长
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技术发展趋势：智能化、网络化、 集成化
挑战与机遇：面临技术瓶颈、市 场竞争等挑战，同时也存在巨大 的发展机遇
技术创新与挑战
技术创新： PWM脉 宽直流调 速系统在 工业自动 化、电动 汽车等领 域的应用
电机拖动课程设计论文—直流电动机PWM脉宽调速系统设计
《电机与拖动》综合实践指导老师： xxx年级专业 12 自动化 x 班姓名学号 xxxxxx 2012xxxxxx 20122015 年 6 月 27 日题目及要求设计题目：直流电动机PWM脉宽调速系统设计设计内容：1、PWM产生电路；2、直流电机驱动电路；3、直流电机实现正转、反转、加速、减速、制动的功能；4、转速测量及显示电路；5、控制电路及软件设计；设计要求：1、直流电机的调速有单象限，二象限和四象限三种工作形式。
要求选择四象限工作形式进行设计；2、选用额定电压为12V，额定电流为1A的他励直流电动机作为调速对象。
要求进行调速实验；3、画出电动机正反转电动状态、能耗制动、反接制动、改变电枢电压调速机械特性图；目录1.系统设计方案 (4)方案一：PWM波调速 (4)方案二：晶闸管调速 (4)方案确定 (4)2.系统硬件设计 (4)2.1 系统硬件电路图 (4)系统总电路图 (4)电源电路 (5)驱动电路 (6)转速测量及显示电路 (8)按键控制电路 (9)元器件选择及清单： (10)3. 系统四象限运行原理 (10)4.系统软件设计 (12)主程序设计 (12)4.2 中断服务程序设计 (12)5．系统仿真 (13)6.实验与调试 (15)7.结论与总结 (15)参考文献 (16)附录程序 (16)1.1方案一：PWM 波调速采用由达林顿管组成的H 型PWM 电路。
用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。
这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM 调速技术。
我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM 脉冲的软件实现上比较方便。
且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。
同时，L298是基于H 桥电路的数字集成IC ，采用L298可使驱动电路变得更加简单可靠。
直流脉宽PWM调速系统课程设计
双闭环可逆直流脉宽PWM 调速系统设计1. 引言转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、应用最广的直流调速系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差.本设计是以直流PWM 控制调速系统进行调速，采用转速调节器ASR 、以及电流调节器ACR 并用PI 调节器进行校正,对反馈信号进行采集，处理起到无静差效果。
用25LJPF40电力二极管进行整流，以及滤波,通过驱动电路的作用将控制电路输出的PWM 信号得到IGBT 可靠的导通和关断，并用霍尔传感器对电流取样进而反馈至电流调节器，系统同时设有过流保护，为此达到双闭环可逆调速。
2. 系统设计参数2.1 设计内容和数据资料某直流电动机拖动的机械装置系统。
主电动机技术数据为：V U N 48=,A I N 7.3=，min 200r n N =,Ω=5.6a R ，电枢回路总电阻Ω=8R ，电枢回路电磁时间常数ms T l 5=,机电时间常数ms T m 200=，电源电压V U s 60=，给定值和ASR 、ACR 的输出限幅值均为V 10，电流反馈系数A V 33.1=β,转速反馈系数r V m in 05.0•=α，电动势转速比 r V C e min 18.0•=，Ks=4.8，Ts=0。
4ms ，试对该系统进行初步设计。
2。
2 技术指标要求电动机能够实现可逆运行。
要求静态无静差。
动态过渡过程时间s T s 1.0≤，电流超调量%5%≤i σ,空载起动到额定转速时的转速超调量%10%≤n σ.3。
主电路方案和控制系统确定主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。
主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，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.其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD 和PWM变换器。
PWM直流电机调速系统设计
PWM直流电机调速系统设计PWM（脉宽调制）直流电机调速系统设计是通过改变电机输入电压的有效值和频率，以控制电机转速的一种方法。
本文将介绍PWM直流电机调速系统的原理、设计过程和实施步骤。
一、PWM直流电机调速系统原理1.电机：PWM直流电机调速系统使用的电机一般是带有永磁励磁的直流电机，其转速与输入电压成正比。
2.传感器：传感器主要用于检测电机转速和转速反馈。
常用的传感器有霍尔传感器和编码器。
3.控制器：控制器通过接收传感器反馈信号，并与用户输入信号进行比较来调整电机输入电压。
控制器一般包括比较器、计数器、时钟和PWM 发生器。
4.功率电源：功率电源负责提供PWM信号的电源。
PWM直流电机调速系统的工作原理是：先将用户输入转速转化为电压信号，然后通过比较器将输入信号与传感器反馈信号进行比较，再将比较结果输入给计数器，由计数器根据输入信号的边沿通过时钟控制PWM发生器，最后通过功率电源提供PWM信号给电机。
二、PWM直流电机调速系统设计过程1.确定电机类型和参数：根据实际需要确定使用的直流电机类型和技术参数，包括额定电压、额定转速、功率等。
2.选择传感器：根据调速要求选择合适的传感器，常用的有霍尔传感器和编码器。
3.设计控制器：根据电机类型和传感器选择合适的控制器，设计比较器、计数器、时钟和PWM发生器电路，并进行连线连接。
4.设计功率电源：根据控制器和电机的电压和电流要求设计适当的功率电源电路。
5.总结设计参数：总结所选器件和电路的技术参数，确保设计完整。
三、PWM直流电机调速系统实施步骤1.进行电路连线：根据设计图将所选器件和电路进行连线连接，包括控制器、传感器、电机和功率电源。
2.进行参数调整：根据需要进行控制器参数的调整，如比较器的阈值、计数器的初始值等。
3.进行调速测试：连接电源后，通过用户输入信号和传感器反馈信号进行调速测试。
根据测试结果进行参数调整。
4.优化系统性能：根据测试结果优化系统性能，如改进控制器参数、调整电机参数等。
【精品】直流脉宽PWM调速系统设计与研究——保护电路设计课程设计
摘要本文基于PWM的双闭环直流调速系统进行了研究，并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。
首先描述了变频器的发展历程，提出了PWM调速方法的优势，指出了未来PWM调速方法的发展前景，点出了研究PWM调速方法的意义。
应用于直流电机的调速方式很多，其中以PWM变频调速方式应用最为广泛，而PWM变频器中，H型PWM变频器性能尤为突出，作为本次设计的基础理论，本文将对PWM的理论进行详细论述。
在此基础上，本文将做出SG3525单片机控制的H型PWM变频调速系统的整体设计，然后对各个部分分别进行论证，力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。
关键词：直流调速；PWM；SG3525；调节器的设计目录绪论 ........................................................ 错误!未指定书签。
第一章简要介绍及设计方案 .................................... 错误!未指定书签。
1.1PWM简介 .............................................. 错误!未指定书签。
1.2直流调速系统的方案设计 ............................... 错误!未指定书签。
1.2.1设计已知参数.................................... 错误!未指定书签。
1.2.2设计指标........................................ 错误!未指定书签。
1.2.3设计内容........................................ 错误!未指定书签。
1.2.4现行方案的讨论与比较............................ 错误!未指定书签。
1.2.5选择IGBT的H桥型主电路的理由................... 错误!未指定书签。
PWM直流脉宽调速系统 调节器设计
目录1 引言 (1)2 设计方案的确定及设计所需设备仪器 (2)2.1 设计方案 (2)2.1.1 机械负载参数 (2)2.1.2 主电源参数他励直流电动机的参数 (2)2.2 所需设备 (2)3 调节器的电路设计 (4)3.1 电流调节器 (4)3.2 转速调节器 (6)4 其他电路设计原理 (10)4.1 主电路的设计 (10)4.2 SG3525的设计 (11)4.3 保护电路的设计 (13)5 课程设计实验结果 (14)5.1 PWM控制器SG3525性能测试 (14)5.2 开环系统测试 (14)5.3 闭环系统测试 (15)总结 (19)参考文献 (20)1 引言直流调速理论基础是经典控制理论，不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性，高智能化特点。
同时直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。
单闭环直速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足，快速性还不够好。
而基于电流和转的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。
而且，直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。
直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。
本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。
长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。
本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环2 设计方案的确定及设计所需设备仪器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[3]。
PWM脉宽直流调速系统设计
PWM 脉宽直流调速系统设计1 设计任务及需求分析1.1 初始条件及要求由课程设计任务书给出的初始条件：直流电动机：m in /180,5,48r n A I V U nom nom nom ===，允许过载倍数2=λ；时间常数：S T S T m L 2.0015.0==， PWM 环节的放大倍数：8.4=S K电枢回路总电阻：,2Ω=R 电枢电阻Ω=5.0a R调节器输入输出电压：V U U im nm10**== 稳态指标：在负载和电网电压的扰动下稳态无静差动态指标：电流超调量，%5≤i σ空载启动到额定转速时的转速超调量%20≤n σ1.2 设计任务1）系统参数的设计2）电流环的设计3）速度环的设计4）绘制系统的主电路图根据任务要求可知本设计为双闭环的PWM 调速系统。
完成整个系统电路需要分为五大模块电路设计，它们分别为：ASR 及其反馈电路设计、ACR 及其反馈电路设计、驱动电路设计、PWM 产生电路设计和反馈检测电路设计。
2 双闭环PWM控制电路设计2.1 双闭环调速系统结构图转速、电流反馈控制直流调速系统原理图如图1所示。
图1 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图图中，将转速调节器和电流调节器二者之间实行串级连接。
把速度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电力电子变换器UPE。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流调节器一般选择PI调节器。
在双闭环直流调速系统的稳态结构图中，转速调节器ASR的输出限幅值决定了电流给定的最大值，电流给定的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。
分析系统静特性的关键是掌握PI调节器的特征，PI调节器一般存在两种状况：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，除非有反向的输入信号使调节器退饱和，此时相当于调节环开环。
课程设计--直流脉宽调速系统设计
1 设计题目：直流脉宽调速系统设计2 设计内容和数据资料：某直流电动机拖动的机械装置系统。
主电动机技术数据为：,5.6,min 200,7.3,48A R r n A I V U a N N N ====电枢回路总电阻Ω=8R ,电枢回路时间常数ms T l 5=，机电时间常数ms T m 200=，电源电压V U s 60=，给定值和ASR 、ACR 的输出限幅值均为10V ，电流反馈系数,33.1A V =β转速反馈系数,min 05.0r V ⋅=α电动势转速比,min 18.0r V C e ⋅=试对该系统进行初步设计。
技术指标和要求：电动机可实现可逆运行。
要求稳态无静差。
动态过渡时间,1.0s T s ≤电流超调量%,5%≤i σ空载起动到额定转速时的转速超调量%10%≤n σ。
3 设计方法及步骤 3.1 系统设计的一般原则：按照“先内环后外环” 的设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。
在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器.下图分别为双闭环直流调速系统的稳态结构图和双闭环调速系统的静态结构图.3.2 电流环设计电流环动态结构图及简化：)图 3 电流环的动态结构图1）确定时间常数脉宽调制器和PWM 变换器的滞后时间常数开关周期ms T s 4.0≈。
电流滤波时间常数oi T 取ms 5.0脉宽调制器和PWM 变换器的放大系数为8.4==nmNs U U K 可得电流环的小时间常数为图2 双闭环调速系统的静态结构图i T ∑=s T +oi T = 0.0004 s+0.0005 s = 0.0009 s2）选择电流调节器结构根据设计要求，%5%≤i σ，而且l i T T ∑=0009.0005.0= 5.55<10，因此可按典Ⅰ型系统设计。
电流调节器选用PI 型，其传递函数为()ss K s W i i i ACR ττ1+= 3）选择电流调节器参数积分时间常数 i τ=l T = 0.005 s为满足i δ%≤5%要求，取电流环开环增益I K 为I K =12iT ∑=0009.021⨯1s - = 555.56 1s - 又8.4=Ks ,则可得到电流调节器比例系数i K 为i K = i IsRK K τβ=555.568.433.18005.0⨯⨯⨯=3.48取调节器的输入电阻o R =20k Ω，则电流调节器的各参数为i R =i K o R =3.48⨯20k Ω=69.6 k Ωi C =i i R τ =36106.6910005.0⨯⨯F μ=0.072F μ oi C =4oi oT R =5340.002102010⨯⨯⨯F μ=0.4F μ，取0.47F μ4）校验近似条件电流环截至频率ci ω= I K =555.561s -，直流脉宽调至系统装置传递函数近似条件为 ci ω13sT ≤, 有13s T =0004.031⨯1s -=833.331s ->ci ω 故该近似条件满足。
PWM控制的直流电动机调速系统设计
PWM控制的直流电动机调速系统设计PWM（脉宽调制）控制的直流电动机调速系统是一种常用于工业和家用电机控制的方法。
它可以通过调整输出脉冲宽度来控制电机的转速。
本文将详细介绍PWM控制的直流电动机调速系统的设计原理和步骤。
一、设计目标本文所设计的PWM控制的直流电动机调速系统的设计目标如下：1.实现电机的精确转速控制。
2.提供多种转速档位选择。
3.实现反转功能。
4.提供过载保护功能。
二、设计原理具体的设计原理如下：1.产生PWM信号：使用微控制器或单片机的计时器/计数器模块来产生固定频率的脉冲信号，频率一般选择在20kHz左右。
通过调整计时器的计数值来改变脉冲的宽度，从而实现不同的电机转速。
2.控制电机转速：将微控制器或单片机的PWM输出信号经过电平转换电路后，接入电机的电源线，通过控制PWM信号的高电平时间来控制电机的转速。
3.实现不同的转速档位选择：通过增加多个PWM信号输出通道，可以实现多个转速档位的选择。
通过选择不同的PWM信号输出通道，可以实现不同的转速设定。
4.实现反转功能：通过改变PWM信号的极性可以实现电机的正转和反转操作。
正转时，PWM信号的高电平时间大于低电平时间；反转时，PWM信号的高电平时间小于低电平时间。
5.过载保护功能：通过添加电机负载的电流检测电路和电流限制功能，可以实现对电机过载时的自动保护。
三、设计步骤1.确定电机的额定电压和额定转速。
2.选择合适的微控制器或单片机作为控制核心，并编写PWM信号产生程序。
3.选择合适的驱动电路，将PWM信号转换成电机所需的电流和电压。
常用的驱动电路有H桥驱动电路和MOSFET驱动电路。
4.搭建电路原型，并进行电路调试和测试。
5.编写控制程序，实现转速档位选择、反转和过载保护功能。
6.进行系统整合和调试，确保系统的各项功能正常。
7.进行性能测试，并根据测试结果对系统进行调整和优化。
8.最后对系统进行稳定性测试，并记录测试结果。
四、总结本文详细介绍了PWM控制的直流电动机调速系统的设计原理和步骤。
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双闭环可逆直流脉宽PWM 调速系统设计1. 引言转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、使用最广的直流调速系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
本设计是以直流PWM 控制调速系统进行调速，采用转速调节器ASR 、以及电流调节器ACR 并用PI 调节器进行校正，对反馈信号进行采集，处理起到无静差效果。
用25LJPF40电力二极管进行整流，以及滤波，通过驱动电路的作用将控制电路输出的PWM 信号得到IGBT 可靠的导通和关断，并用霍尔传感器对电流取样进而反馈至电流调节器，系统同时设有过流保护，为此达到双闭环可逆调速。
2. 系统设计参数2.1 设计内容和数据资料某直流电动机拖动的机械装置系统。
主电动机技术数据为：V U N 48=,A I N 7.3=，min 200r n N =，Ω=5.6a R ，电枢回路总电阻Ω=8R ，电枢回路电磁时间常数ms T l 5=，机电时间常数ms T m 200=，电源电压V U s 60=，给定值和ASR 、ACR 的输出限幅值均为V 10，电流反馈系数A V 33.1=β，转速反馈系数r V m in 05.0•=α，电动势转速比r V C e min 18.0•=，Ks=4.8，Ts=0.4ms ，试对该系统进行初步设计。
2.2 技术指标要求电动机能够实现可逆运行。
要求静态无静差。
动态过渡过程时间s T s 1.0≤，电流超调量%5%≤i σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%10%≤n σ。
3. 主电路方案和控制系统确定主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。
主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，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。
其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD 和PWM变换器。
系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。
该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流原理图如图所示。
图3-1 直流PWM传动系统结构图3.1 PWM变换器的选用PWM变换器有可逆和不可逆两类。
可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种。
由于题目要求须事先电动机可逆运行，故本设计选用带续流的绝缘栅双极晶体管IGBT构成H型双极性控制PWM变换器。
其中，电源电压Us选用不可控电力二极管25JPF40整流提供，并采用大电容C进行滤波。
功率管开关管应承受2Us的电压，为此选用FGA25N120AN绝缘栅双极晶体管IGBT并接在功率开关管两端二级管用在IGBT关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流。
FGA25N的参数：Vce=200V，Ic=15A。
选用10CTF30型电力二极管，If=10A，Urm=300V。
采用单相交流220V供电，变压器二次电压为67V，桥式整流二极管最大反向电压大于电源的幅值的2倍，最大整流电流按2倍额定电流考虑。
选25JPF40，If=25A，Urm=400V。
整流桥输出端所并接的电容作用滤除整流后的电压纹波，并在负载变化时保持电压平稳。
另外，当脉宽调速系统的电动机减速或停车时，贮存在电动机和负载转动部分的动能将由电容器吸收，所以所用的电容较大，这里选用4000uf，电压按大于2倍电压选择。
3.2传感器以及测速发电机的选用由于题目要求需要对电流进行采样，故此这里我们选用霍尔电流传感器HNC-025A，HNC-025A传感器所能测量的额定电流为 5A、6A、8A、 12A、25A，当原边导线经过电流传感器时，原边电流 IP会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流 IS ，并存在以下关系式： IS* NS= IP*NP 。
在外环中，我们需要有速度的反馈，这里我们选用永磁式ZYS231/110型作为测速机，实验数据：Ptn=23.1w ，Utn=110V ，Itn=0.21A ，ntn=1900r/min 3.3 驱动电路选用驱动电路的作用是将控制电路输出的PWM 信号放大至足以保证IGBT 可靠导通或关断的程度。
同时具有实现主电路和控制电路相隔离、故障后自动保护及延时等功能。
这里我们选用上海马克电气公司的AST96X 系列的MAST5-2C-U12型IGBT 驱动板 ，AST96X 为单路光电耦合隔离带短路、欠压和过压保护功能的 IGBT 驱动模块； MAST 系列为 1 － 7 路、带隔离电源的 IGBT 驱动板，易于使用，对供电电源要求低，适用 600V － 1700V 的各种不同类型 IGBT 驱动；两者均提供 电流源或电压源－电阻两种驱动方式，具有单电源供电、输入电压范围宽、内置正负电压发生器以及电压滤波器、内置短路保护电路、内置驱动欠压和过压保护电路、内置 VCE 检测的快恢复高压二极管、内置光电耦合器以传输驱动保护／故障信号、内置栅极过压箝位元件等特点。
MAST5-2C-U12是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC 之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。
该产品为大规模集成基极驱动电路，可对IGBT 实现较理想的基极电流优化驱动和自身保护。
3.4 调节器的选择根据题目要求我们尝试用P 调节器进行动态校正，但是存在静差，PI 调节器可以进一步提高稳态性能，达到消除稳态速差的地步。
在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。
双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器，并且这里我们采用PI 调节器。
3.5 脉宽调制器选用脉宽调制器用于产生控制PWM 变换器的功率器件通断的PWM 信号。
常用种类有：模拟式、数字式和专用集成电路。
这里选用美国德克萨斯仪器公司TL494专用集成电路作为双端输出型脉宽调制器，其载波为锯齿波信号，振荡频率()T T C R f 1.1=，其中T R 和T C 取值范围：Ω=k R T 100~5，F C T μ1.0~001.0=。
4. 主电路的原理该系统是属于双闭环调速系统，其中具有转速环，称为外环，还有就是电流环，这里称为内环，外环由测速机采集信号经过反馈系数得到电压信号反馈给ASR，内环我们这里采用直流PWM控制系统相结合，其中脉宽调速系统由调制波发生器GM、脉宽调制器UPM、逻辑延时环节DLD以及绝缘栅双极性晶体管的GD 和脉宽调制变换器组成。
直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速系统控制系统，和晶闸管直流调速系统的区别在于用直流PWM变换器取代了晶闸管交流装置，作为系统的功率驱动器。
脉宽调制器是有一个运算放大器和几个输入信号构成电压比较器。
运算放大器工作在开环状态，在电流调节器输出的控制信号的控制下，产生一个等幅、宽度受Uc控制的方波脉冲序列，为PWM提供所需要的脉冲信号。
逻辑延时环节DLD保证在一个管子发出关断脉冲时，经延时后再发出对另一个管子的开通脉冲，在延时环节中引入瞬时动作限流保护FA信号，一旦桥臂电流超过允许最大电流值时，使工作管子同时封锁，以保护电力晶体管。
4.1系统稳态结构图以及波形分析在正常运行时，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和不饱和两种情况 双闭环直流调速系统的静特性如上图所示，0n *nn n U U αα===，d i *i I U U β==式中α，β —— 转速和电流反馈系数。
由第一个关系式可得0*nn U n ==α，从而得到上图静特性的CA 段。
和此同时，由于ASR 不饱和，U*i < U*im ，从上述第二个关系式可知: I d < I dm 。
这就是说， CA 段静特性从理想空载状态的 I d = 0 一直延续到 I d = I dm ，而 I dm 一般都是大于额定电流 I dN 的。
这就是静特性的运行段，它是水平的特性。
这时，ASR 输出达到限幅值U*im ，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。
双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。
稳态时dm *imd I U I ==β式中，最大电流I dm 是由设计者选定的，取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。
式中所描述的静特性是上图中的AB 段，它是垂直的特性。
这样的下垂特性只适合于 n < n 0 的情况，因为如果 n > n 0 ，则U n > U*n ，ASR 将退出饱和状态。
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于I dm 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。
当负载电流达到 I dm 后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。
4.2系统稳态结构图以及动态结构图图4-3 双闭环调速系统的静态结构图5. 双闭环调节器的设计5.1 电流环的设计 5.1.1 确定时间常数1）脉宽调制器和PWM 变换器的滞后时间常数开关周期ms Ts 4.0≈。
脉宽调制器和PWM 变换器的放大系数为8.4=Ks 于是可得脉宽调制器和PWM 变换器的传递函数为()10004.08.41+=+=s s T K s W s s PWM 2）电流滤波时间常数oi T 取ms 5.0。
3）电流环小时间常数ms T Ts T oi i 9.0=+=∑。
5.1.2 选择电流调节器结构根据设计要求，%5%≤i σ，而且106.59.05<==∑i l T T ，因此可按典Ⅰ型系统设计。
电流调节器选用PI 型，其传递函数为()ss K s W i i i ACR ττ1+= 5.1.3 选择电流调节器参数要求%5%≤i σ时，应取5.0=∑i I T K ，因此图4-4 双闭环调速系统的静态结构图1156.5550009.05.05.0--==∑=s s T K i I 于是，48.38.433.18005.056.555=⨯⨯⨯==Ks R K K i Ii βτ 5.1.4 校验近似条件 1）要求s ci T 31<ω，现ci s s s T ω>=⨯=--113.8330004.03131。