PWM直流脉宽调速系统毕业设计

1、摘要基于电气电子学和电机调速技术，设计了基于直流脉冲宽度调速控制技术的直流电机调速系统。 为了获得良好的动静态性能，该控制系统采用双闭环控制，速度调节器和电流调节器都采用PI调节器。 本调速系统采用半桥型电路作为主电路，相当于降压斩波电路和升压斩波电路的串联组合，采用全控制型器件IGBT作为开关器件。 控制电路以集成PWM控制器SG3525为核心，对3525输出的脉冲宽度调制信号进行LM1413放大，作为IGBT的驱动信号。 实验证明，本调节系统直流电压大小的调节和电机可逆运行非常方便，具有坚硬的静态特性和机械特性。关键词：升/降压斩波电路SG3525； 直流脉冲宽度调速abstractont

2、hebasisofpowerelectronicsandelectricmotorspeedadjustingtechnology thecalibrationordesignsasspeedadjustingsyste ulation(pwm ) controllingtrocontectiontecontrollicationtecissaledaptedsothesetemhassatisfacturesteady-statedanddynamiccharacters . puterasaauxiliaryunit.insulatedgatebipolartransistor (IGBT

3、 ) isselectedselectessappowersemicondentinthesiseplaceinsthepronninstheprincipicipleofpwrmcontroling.thespecialintegratedpwcontr elpusrealizepwmcontroleasilyiselaborated andistisappliyingexplamentissystemisgivenkeywords : boost/buck chopper； SG3525； DC Pulse Width speed control目录的概要.“iii abstract”和“

4、iii abstract”第一章引言1.1直流拖动系统1 12调速系统的性能指标1.3课题源2.4文献概要3.5 直流电机参数，第二章PWM直流调速系统整体的介绍和主电路原理，第三章PWM直流调速系统整体的介绍和主电路原理_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _62.1回路构成和系统分析6.2主回路动作原理6.3主回路构成8第三章PWMPWM控制回路控制回路. 10 32 PWM基本原理10 32 PWM的理论基础11 33 PWM 实现方法12dc电机的PWM控制技术

5、13第4章转速调整器和电流调整器的设计. 18 4.1 PID调节器的基本原理18 4.2速度调节器ASR19 4.3电流调节器ACR20 4.4托气体输入和保护装置(CSR ) 21 4.5 PWM波形发生器24.6电流检测24.7感谢给予的单元24 献，在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪后四十年进行了两次重大的技术更新。 一旦部件的更新，就将大功率半导体装置晶闸管替换为传统的变流单元，将线性分量运算放大器替换为电磁放大装置。 下次的技术更新主要是将现代的控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器从模拟式进入数字式。 在上一次技术更新中，电气系统的动态设计仍采用经典的控制理论方法。

6、 之后，技术更新是设计思想和理论概念的飞跃和质量的变化，电气系统的结构和性能也发生了变化。 在整个电气自动化系统中，电力拖动和调速系统是其核心部分。现代电力拖动控制系统由惯性小的晶闸管、电力晶体管和其他电力电子设备、集成电路调节器等构成。 合理地简化处理使得整个系统通常可以低阶近似。 以运算放大器为中心的主动校正网络(调节器)与由r、c等元件构成的无源校正网络相比，可实现更准确的比例、微分、积分控制规则，因此可简化各种控制系统，近似于少数典型的低阶系统配置。 事先深入研究这些典型的系统，把它们的开环对频率特性作为预期的特性，弄清这些参数和系统性能指标之间的关系，只要写下简单的公式，或作成简洁的

7、图表，就可以在设计实际的系统时，把它们作为典型的系统。 若简化，则能够利用已有的公式和图表进行参数计算，由此，确立了设计方法的可能性。 1.11.1直流拖动系统直流电机转速与其他参数的稳态关系，可以表示为式中的n转速(r/min )，u电枢电压(v) i电枢电流(a) r电枢电路总电阻()； 由励磁磁通(wb) Ke电机的结构决定的电动势常数。 从上式可以看出，为了调节电动机的转速，1 )调节电枢供电电压U:与r不变，通过调节u来调节n是大范围的无级调速方式。 2 )减弱磁场磁通：与u一样，是通过减少来提高n的狭窄范围的无级调速方式。 3 )改变电子电路的电阻R:与u不变，通过调节r来调节n，

8、是宽范围的有级调速方式。 在要求在一定范围内无级平滑调速的系统中，调节电枢的供电电压的方式最合适。 改变电阻，只能实现阶段性调速的弱磁通可以平滑地调速，但调速范围很窄。 1.21.2调速系统的性能指标调速系统的性能指标1 .稳定性能指标1 )调速范围将生产机械对电动机要求的最高转速和最低转速的比称为调速范围，用文字d表示的话，其中一般是指电动机在额定负载时的转速，对于少数负载轻的机械，例如精密磨床，也能利用实际负载时的转速在直流电动机调压调速系统中，经常将电动机的额定转速设为最高转速。 2 )静差率系统以某个转速运转时，负荷从理想无负荷以与额定值对应的转速下降的n和理想无负荷转速n之比称为静差

9、率，静差率明显是测量调速系统在负荷变化下的稳定度。 与机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度越高。 但是，静差率和机械特性的硬度存在差异。 静差率不仅与转速的下降有关，也与理想的无负荷转速的大小有关。 2 .动态性能指标调速系统的动态性能指标包括跟踪性能指标和抗干扰性能指标两种。 1 )由于给定跟踪性能指示符的信号(或基准输出者信号) R (t )，系统功率C(t )的变化描述了跟踪性能指示符中通常使用的阶跃响应性能指示符，即功率的初始值为0，而给定信号在阶跃变化中的转变过程是典型的跟踪过程。 一般地，在阶跃响应中，输出量C(t )和稳态值的偏差越小越好，达到c的时间越快越好。

10、 具体的指标是以下的： (1)的上升时间在典型的阶跃响应追踪过程中，输出量从零开始上升到稳态值c的时间称为上升时间。 表示动态响应的高速性。 (2)过冲量是典型的阶跃响应跟踪过程中，以百分比表示输出量超过稳态值的最大偏差量和稳态值的比，过冲量：过冲量反映系统的相对稳定性。 过冲量越小，相对稳定性越好，即动态响应越平稳。(3)调整时间t，调整时间也称为转变处理时间，并测量整个系统的调整处理的速度。 定义为从人量相加的时刻开始到输出量进入人的稳定值为止的误差带(一般定义为5%或2% )，响应曲线到达该误差带并不超过该误差带为止的最短时间。 2 )抗扰性能指标稳定的调速系统在运行中、受到干扰时，经过

11、一定的动态过程，能够达到新的稳定状态，除了稳定误差外，在动态过程中能量的变化有多大？ 多长时间能重新开始稳定的驾驶？ 这些问题表明了调速系统的抗干扰性。 一般来说，在系统稳定运转中，将降低输出量的负扰动n以后的过渡过程作为典型的扰动防止过程。 1.31.3课题源课题源目前直流调速技术的研究和应用达到了比较成熟的阶段，特别是随着全数字直流调速的出现，直流调速系统的精度和可靠性进一步提高。 目前，国内各大学、科研机构和制造商也在开发直流调速装置，许多调速技术结合工业生产，但在民间的应用较少，因此应用现有的成熟技术，开发性能价格高、具有自主知识产权的直流调速装置有着广泛的应用前景。 直流斩波电路的原

12、理实验和直流电机的PWM调速实验都是电力电子技术课程必须开设的实验。 本课题根据教具生产厂家的需求，研制了平滑、稳定、经济、实用、简便、可靠、易操作的直流调速控制拖车，为大中专科学校的实验教学提供，可利用该拖车设备进行的实验项目是：降压斩波电路实验升压斩波电路实验可逆直流PWM调速实验1.41.4文献综述文献综述1.4.11.4.1 PWMPWM直流调速系统的研究直流电动机，通过改变电枢电压和励磁电流能够实现大范围的调速，因此在广泛的应用中调节电枢串联电阻来改变电枢的电压是最典型的直流电动机的调速方法，相当部分的电力消耗80年代，以晶闸管作为电源开关元件的斩波调速器，在无级、高效率、节能方面广泛普及，但晶闸管的斩波调速器不足的原因是晶闸管一旦启动， 其断开依赖于换流电容和换流电感的振动，必须产生逆电压来实现换流容量和电感，因此装置的成本增加，换流损失也增加了，电源电压的降低导致换流失败，降低了系统的可靠性，而且晶闸管的接通、断开时间比较长由于存在换流环，斩波的工作频率不能高(一般在300Hz以下)，电机的转矩脉动和电流脉动比较严重。 因此，直流斩波调速叫快速自阻断器件。 因此，90年代出现了以IGBT为代表的、具有自断路能力、能高速工作的以功率器件为开关元件的