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、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 *

n

n 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*n

n 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 *

im

d 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

()1

0004.08

.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()s

s 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

11

56.5550009.05.05.0--==∑

=

s s T K i I 于是，48.38

.433.18

005.056.555=???==Ks R K K i I

i 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>=?=--113.8330004.031

31。 2）要求l m ci T T 13

≥ω，现ci l m s s T T ω<=?=--119.94005

.02.01

313。 3）要求oi s ci T T 131≤

ω，现ci oi s s s T T ω>=?=--114.7450005

.00004.01

31131。

可见均满足要求。

5.1.5 计算ACR 的电阻和电容 取Ω=k R 200，则

Ω=Ω?==k k R K R i i 6.692048.30 取Ω=k R i 8.69

F F R C i

i

i μμτ071.01010

70005

.063

=??=

=

取F μ075.0 F F R T C oi oi μμ1.01010

200005

.044630=???==

取F μ1.0 按照上述参数，电流环可以达到的动态指标为%5%3.4%<=i σ，故满足设计要求。

5.2 转速环的设计 5.2.1确定时间常数

1）｛电流环等效时间常数为s T i 0018.02=∑。

2）取转速滤波时间常数s T on 005.0=。 3）s T T T on i n 0068.02=+∑=∑

5.2.2 ASR 结构设计

根据稳态无静态及其他动态指标要求，按典Ⅱ型系统设计转速环，ASR 选用

PI 调节器，其传递函数为()s

s K s W n n n ASR ττ1

+= 5.2.3 选择ASR 参数

取5=h ，则s s hT n n 034.00068.05=?=∑

=τ

2

22

2

225950068

.0252621--=??=

∑

+=

s s T h h K n

N 则 ()56.100068

.0805.0102

.018.033.1621=??????=

∑

+=

n

m

e n RT h T C h K αβ

5.2.4 校验近似条件

1123.88034.02595--=?==s s K n N cn τω

1）要求∑≤

i cn T 51ω，现

cn i s s T ω>=?=∑

--112.2220009.051

51。 2）要求on

i cn T T ∑

≤

21

31ω，现

cn on i s s T T ω>=??=∑

--111.111005

.00009.021

312131。

5.2.5 计算ASR 电阻和电容 取Ω=k R 200，则

Ω=Ω?==k k R K R n n 2.2112056.100 取Ω=k R n 220

F F R C n

n

n μμτ154.01010

220034.06

3

=??=

=

取F μ15.0 F F R T C on on μμ11010

20005.0446

30=???==

取F μ1 5.2.6 校验转速超调量

()m

n

N N b n T T n n z C C ∑??-??=λσ2%max

当5=h 时，

%2.81max =?b C C ，而min 4.164min 18

.08

7.3r r C R I n e N N =?==?,因此 %10%2.92

.00068

.02004.1647.35.72%2.81%<=???

?=n σ 可见转速超调量满足要求。 5.2.7 校验过渡过程时间

空载起动到额定转速的过渡过程时间

s s s I R n T C t t t t N N m e s 15.012.07

.303.28200

2.018.022<=????==

≈+=λν

可见能满足设计要求。 5.3 负反馈单元

5.3.1 转速检测装置选择 1）测速发电机参数

永磁式ZYS231/110型，额定数据为W P TN 1.23=,V U TN 110=,A I TN 21.0=,

m in 1900r n TN =。

2）测速反馈电位器2RP 的选择

考虑测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的%20，这样，测速发电机电枢

压降对检测信号的线性度影响较小。 测速发电机工作最高电压V V n U n U TN TN N TM 58.111900

110

200=?==

测速反馈电位器阻值Ω=Ω?==

68.27521

.02.058.11%201TN TM RP I U R

此时2RP 所消耗的功率为W W I U P TN TM RP 48.021.0%2058.11%201=??=?= 为了使电位器温度不要提高，实选瓦数应为消耗功率的一倍以上，故选2

RP 为W 4，取Ω500。

6. 系统部分电气原理图

图6-1 系统部分电气原理图

直流脉宽调速实验原理汇总

第3章 直流脉宽调速实验原理 一 适用于直流脉宽调速控制电路的IC 芯片 一．SG3525A 脉宽调制器控制电路简介 SG3525A 系列脉宽调制器控制电路可以改进为各种类型的开关电源的控制性能和使用较少的外部零件。在芯片上的5.1V 基准电压调定在±1％，误差放大器有一个输入共模电压范围。它包括基准电压，这样就不需要外接的分压电阻器了。一个到振荡器的同步输入可以使多个单元成为从电路或一个单元和外部系统时钟同步。在C T 和放电脚之间用单个电阻器连接即可对死区时间进行大范围的编程。在这些器件内部还有软起动电路，它只需要一个外部的定时电容器。一只断路脚同时控制软起动电路和输出级。只要用脉冲关断，通过PWM （脉宽调制）锁存器瞬时切断和具有较长关断命令的软起动再循环。当V CC 低于标称值时欠电压锁定禁止输出和改变软起动电容器。输出级是推挽式的可以提供超过200mA 的源和漏电流。SG3525A 系列的NOR （或非）逻辑在断开状态时输出为低。 ·工作范围为8.0V 到35V ·5.1V ±1.0％调定的基准电压 ·100Hz 到400KHz 振荡器频率 ·分立的振荡器同步脚 二．SG3525A 内部结构和工作特性 （1）基准电压调整器 基准电压调整器是输出为5.1V ，50mA ，有短路电流保护的电压调整器。它供电给所有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。若输入电压低于6V 时，可把15、16脚短接，这时5V 电压调整器不起作用。 （2）振荡器 3525A 的振荡器，除C T 、R T 端外，增加了放电7、同步端3。R T 阻值决定了内部恒流值对C T 充电，C T 的放电则由5、7端之间外接的电阻值R D 决定。把充电和放电回路分开，有利于通过R D 来调节死区的时间，因此是重大改进。这时3525A 的振荡频率可表为： ) R 3R 7.0(C 1 f D T T S += （3.1） 在3525A 中增加了同步端3专为外同步用，为多个3525A 的联用提供了方便。同步脉冲的频率应比振荡频率f S 要低一些。

PWM直流调速系统设计解析

目录 前言 (1) 一、设计目的 (2) 二、设计要求 (2) 三、直流调速系统整体设计 (2) 四、系统参数选取 (7) 五、各部分设计 (8) 六、双闭环系统设计 (14) 七、系统仿真 (17) 八、设计总结 (18) 参考文献 (19)

前言 由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能，已广泛应用于工业、航天领域等各个方面。随着电力电子技术的发展，脉宽调制（PWM）调速技术已成为直流电机常用的调速方法，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和功耗低等特点。而以H桥电路作为驱动器的功率驱动电路，可方便地实现直流电机的四象限运行，包括正转、正转制动、反转、反转制动，已广泛应用于现代直流电机伺服系统中。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用SIMULINK对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。

一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算 三、直流调速系统整体设计 1、直流电机PWM调速控制原理 直流电动机转速公式为： n=(U-IR)/Kφ 其中U为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。 直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少，大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中脉冲宽度调制(PWM)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来调整直流电机的电枢电压U，从而控制电机速度。 PWM的核心部件是电压-脉宽变换器，其作用是根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，以便用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。在本次课程设计采用双闭环直流调速系统进行调速控制。 2、双闭环直流调速系统 A.双闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电

直流PWM调速系统的建模与仿真设计

直流PWM 调速系统的建模与仿真

第一章摘要 第二章主电路的设计 2.1 设计任务要求 2.2 电路设计及分析 2.2.1 电流调节器 2.2.2 转速调节器 2.3 系统稳态分析 2.4 电流调节器的设计 2.4.1 电流环的简化 2.4.2 电流调节器的设计 2.4.3 电流调节器的实现 2.5 转速调节器的设计 2.5.1 电流环等效传递函数 2.5.2 转速调节器的结构选择 2.5.3 转速调节器的实现 第三章系统参数设计 3.1 电流调节器参数计算 3.2 转速环参数计算 第四章 PWM控制器的建模 第五章系统仿真

第一章摘要 双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。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在保证系统稳定的前提下实现转速无差。在单闭环系统中，只有电流截止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，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。 关键字：PWM脉宽直流调速 matlab仿真

第二章主电路的设计 2.1 设计任务要求 (1)稳态指标:转速无静差; (2)动态指标:电流超调量σi≤5%,空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10%。 2.2 电路设计及分析 根据设计任务可知，可选择PI控制的转速、电流双闭环直流调速系统，以完全达到系统需要，使得系统在稳定的前提下实现无静差调速，转速、电流双闭环直流调速系统框图如图1-1所示。 图1-1 转速、电流双闭环调速系统系统框图设计思路；通过PWM脉宽调制的方法，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，从而可以得到可变的平均输出电压，带动电动机旋转，产生转速n,通过测速发电机将转速以电压的形式反馈到转速环，（典型Ⅱ系统设计），通过电流互感器将电

基于STM32的直流电机PWM调速控制

电动摩托车控制器中的电机PWM调速 摘要：随着“低碳”社会理念的深入，新型的电动摩托车发展迅速，逐渐成为人们主要的代步工具之一，由于直流无刷电机的种种优点，在电动摩托车中也得到了广泛应用，因此，本文控制部分主要介绍一种基于STM32F103芯片的新型直流无刷电机调速控制系统，这里主要通过PWM技术来进行电机的调速控制，且运行稳定，安全可靠，成本低，具有深远的意义。 1.总体设计概述 1.1 直流无刷电机及工作原理 直流无刷电机（简称BLDCM），由于利用电子换向取代了传统的机械电刷和换向器，使得其电磁性能可靠，结构简单，易于维护，既保持了直流电机的优点又避免了直流电机因电刷而引起的缺陷，因此，被广泛应用。另外，由于直流无刷电机专用控制芯片价格昂贵，本文介绍了一种基于STM32的新型直流无刷电机控制系统，既可降低直流无刷电机的应用成本，又弥补了专用处理器功能单一的缺点，具有重要的现实意义和发展前景。 工作原理：直流无刷电机是同步电机的一种，其转子为永磁体，而定子则为三个按照星形连接方式连接起来的线圈，根据同步电机的原理，如果电子线圈产生一个旋转的磁场，则永磁体的转子也会随着这个磁场转动因此，驱动直流无刷电机的根本是产生旋转的磁场，而这个旋转的磁场可以通过调整A、B、C三相的电流来实现，其需要的电流如图1所示 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 总体设计方案 总体设计方案的硬件部分详细框图如图1所示。

双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统

一、摘要： 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调速系统进行了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。 二、双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 1.设计分析 双闭环调整系统的传动系统结构图： 直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称，与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变流装置，作为系统的功率驱动器，系统构成原理图如下所示： 直流PWM传动系统结构图 其中属于脉宽调制调速系统主要由调制波发生器GM、脉宽调制器UPM、逻辑延时环节DLD 和电力晶体管基极的驱动器GD和脉宽调制（PWM）变换器组成。最关键的部件为脉宽调制器。模拟式脉宽调制器本质为电压-脉冲变换装置，它是由一个运算放大器和几个输入信号构成电压比较器。去处放大器工作在开环状态，在电流调节器的输出控制信号Uс的控制下，产生一个等幅、宽度受Uс控制的方波脉冲序列，为PWM变频器提供所需的脉冲信号。脉宽调制器按所加输入端调制信号不同，可分为锯齿波脉宽、三角波脉宽调制器。目前就用较多脉宽调制信号由数字方法来产生，如专用集成PWM控制电路及单片微机所构成的脉宽调制器。

双闭环调速系统的结构图 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。 双闭环调速系统的结构图 调速系统起动过程的电流和转速波形 如图2所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。 (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2 调速系统起动过程的电流和转速波形 H 桥式可逆PWM 变换器的工作原理： PWM 控制的示意图如图3所示:可控开关S 以一定的时间间隔重复地接通和断开，当S 接通时，供电电源Us 通过开关S 施加到电动机两端，电源向电机提供能量，电动机储能：当开关S 断开时，中断了供电电源Us 向电动机电流继续流通。 I dL n t I d O I dm I dL n t I d O I dm I dcr n n (a) (b)

直流调速系统复习题库

一、填空题 1．双闭环的调速系统的特点是：利用（ASR的饱和非线性）实现了（“准时间最优”）控制，同时带来了（转速超调）。 2．在设计双闭环系统的调节器时，先设计（内环的ACR），然后设计（外环的ASR）。 3．在双闭环调速系统中，电流调节器主要是对（电网电压波动）起调解作用；而转速调节器主要是对（负载扰动）起抗扰调节作用。 4．变电压调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢电压常用的三种可控制电源分别为（旋转变流机组）、（静止可控整流器）及（脉宽调制器和直流斩波变换器）。 5．直流电动机的调速方法有三种，即为（改变电枢电压调速）、（弱磁调速）和（电枢回路串电阻）调速。 6．直流调速系统的静态技术指标有（调速范围D）和（静差率S），它们的表达式分别为（D n n max）和（s n ncl），它们之间的关系式为（ D （1n s n）oms n）。 n min n omin （1 s） n nom 7．脉中宽度调制简称（PWM，）它是通过功率管开关作用，将（恒定直流电压）转换成频率一定，宽度可调的（方波脉冲电压），通过调节（脉冲电压的宽度），改变输出电压的平均值的一种变换技术。 8．调速控制系统是通过对（电动机）的控制，将（电能）转换成（机械能），并且控制工作机械按（给定）的运动规律运行的装置。 9．用（直流电动机）作为原动机的传动方式称为直流调速，用（交流电动机）作为原动机的传动方式称为交流调速。 10．电气控制系统的调速性能指标可概括为（静态）和（动态）调速指标。11．在电动机微机控制系统中，电动机是（被控对象），微型计算机则起（控制器）的作用。 12．总的来说，在电动机微机控制系统中，计算机主要完成（实时控制）、（监控）和（数据处理）等工作。 13．模拟信号到数字信号转换包括（采样）和（量化）两个过程。 14．PID 控制中P、I 、D的含义分别是（比例）、（积分）和（微分）。 15．脉冲式传感器检测转速的方法有（M法测速）、（T 法测速）和（M/T法测速）。 16．从系列数据中求取真值的软件算法，通常称为（数字滤波算法）。17．与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是（离散化）和（数字化）。18．数字控制直流调速系统的组成方式大致可分为三种： 1. 数模混合控制系统 2. 数字电路控制系统 3. 计算机控制系统 19．常规PID控制算法中可分为（位置式PID算法）和（增量式PID 算法）。 20．微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构主要包括以下部分：（主电路）、（检测电路）、（控制电路）、（给定电路）和（显示电路）。 二、判断题 1．双闭环调速系统中，给定信号Un 不变，增加转速反馈系数α，系统稳定运行时转速反

直流电机PWM调速

直流电机转速的PWM控制测速 王鹏辉 姬玉燕

摘要 本设计采用PWM的控制原理来完成对直流电机的正转、反转以及其加速、减速过程的控制，在此过程中是通过单片机的定时器加上中断的方式产生不同时长的高低电压脉冲信号来完成。并通过霍尔传感器对直流电机的转速进行测定，最后将实时测定的转速数值1602液晶屏上。 关键词： PWM控制直流电机霍尔传感器 1602液晶显示屏 L298驱动 一、设计目的： 了解直流电机工作原理，掌握用单片机来控制直流电机系统的硬件设计方法，熟悉直流电机驱动程序的设计与调试，能够熟练应用PWM方法来控制直流电机的正反转和加减速，提高单片机应用系统设计和调试水平。 1.1系统方案提出和论证 转速测量的方案选择,一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性;再就是二次仪表的要求,除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。本说明书中给出两种转速测量方案，经过我和伙伴查资料、构思和自己的设计，总体电路我们有两套设计方案，部分重要模块也考虑了其它设计方法，经过分析，从实现难度、熟悉程度、器件用量等方面综合考虑，我们才最终选择了一个方案。下面就看一下我们对两套设计方案的简要说明。 1.2 方案一：霍尔传感器测量方案 霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的？其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。霍尔转速传感器的结构

原理图如图3.1, 霍尔转速传感器的接线图如图3.2 。 传感器的定子上有2 个互相垂直的绕组A 和B, 在绕组的中心线上粘有霍尔片HA 和HB ,转子为永久磁钢,霍尔元件HA 和HB 的激励电机分别与绕组A 和B 相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。 图3.1 霍尔转速传感器的结构原理图 方案霍尔转速传感器的接线图 缺点：采用霍尔传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间长了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。 1.3方案二：光电传感器 整个测量系统的组成框图如图3.2所示。从图中可见,转子由一直流调速电机驱

数字PWM(双极式)直流调速系统

数字PWM（双极式）直流调速系统 目录 1 直流调速系统的介绍 (1) 1.1引言 (1) 1.2 PWM直流调速系统 (1) 1.3PWM控制和双极式的实现 (2) 1.4系统优化 (2) 2 系统分析与设计 (3) 2.1设计内容及指标 (3) 2.2系统分析 (3) 2.3 电流调节器设计 (5) 2.3.1确定时间常数 (5) 2.3.2 选择电流调节器结构 (5) 2.3.3计算电流调节器参数 (6) 2.3.4 电流调节器的实现 (6) 2.3.5 检验近似条件 (7) 2.4转速调节器设计 (8) 2.4.1 确定时间常数 (8) 2.4.2 选择转速调节器结构 (8) 2.4.3 计算转速调节器参数 (8)

2.4.4转速调节器的实现 (9) 2.4.5 检验近似条件 (9) 2.4.6 检验转速超调量 (10) 2.5 系统原理图 (10) 3 数字化调速系统 (11) 3.1 数字化调速系统的优点 (11) 3.2模拟量的数字化 (11) 3.2.1 模拟信号的采样 (11) 3.2.2 转速检测数字化 (12) 3.2.3 电流检测数字化 (14) 3.3 A/D转换器的选择 (14) 3.4软件程序流程图 (14) 3.5硬件连接图 (14) 4总结 (15) 参考文献 (16)

1 直流调速系统的介绍 1.1 引言 近年来，交流调速系统发展很快。虽然高性能的交流调速系统已经逐步取代直流调速系统，然而，直流调速系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在大量应用；而且，从控制规律的角度来看，直流调速系统又是交流调速系统的基础。因此，作为大学毕业生，应该很好地研究学习直流调速系统。 变压调速是直流调速系统的主要调速方法，可以使直流电动机获得很好的调速性能。采用可控晶闸管组成整流器的是晶闸管整流器—电动机调速系统，简称V—M系统。通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器的平均输出直流电压，从而实现直流电动机的平滑调速。 1.2 PWM直流调速系统 尽管V—M系统调速性能优越，但是，由于晶闸管是单向导电的，给电动机的可逆运行带来困难，还有在低速运行时易产生“电力公害”等缺点，自从全控型电力电子器件问世，就产生了以脉冲宽度调制的高频开关控制方式，从而形成了脉宽调制变换器—直流电动机调速系统，简称为直流脉宽调速系统（或者直流PWM调速系统）。与V—M系统相比，直流PWM调速系统具有其他调速方式所不具备的几大特点：1．直流PWM调速系统主电路线路简单，需用的电力电子器件少； 2. 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小； 3．低速性能 的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强； 5．电力电子开关器件好，稳速精度高，调速范围宽；

基于SG3525的双闭环直流脉宽调速系统设计

广东石油化工学院 计算机与电子信息学院自动化系 电气工程及其自动化专业 电力拖动自动控制系统——运动控制系统 课程设计 题目：基于SG3525的双闭环直流脉宽调速系统设计 班别电气07-2班 姓名张根明_______________ 学号07034020233 扌旨导老师杨柏松__________ 专业主任___________________

日期______________________

基于SG3525的双闭环直流脉宽调速系统设计 一、引言 近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。直流它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，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转；需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时通过PW方式控制直流电机调速的方法应用而生。 采用传统的的调速系统主要有以下缺陷：模拟电路容易随时间漂移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而在用了PWM技术后避免了以上缺陷，实现了用 数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低成本和功耗。另外，由于PWMS速系统的 的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流，低速特性好；同样，由于开关频率高，快速响应特性好，动态抗干扰能力强，可以获得很宽的频带；开关器件只工作在开关状态，主电路损耗小，装置效率高，PW具有很高的抗噪性，且 有节约空间、比较经济等特点。 第二章直流脉宽调速系统 2.1直流电动机的PWM控制原理 脉宽调制(Pulse Width Modulation )简称PWM空制技术，是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。 快速电力电子器件功率晶体管(GTR、可关断晶闸管(GTO等按PWMfe术构成的直流斩波电路如下图2-1(a)所示。图(b)为相应输出波形。 图2-1 PWM斩波器原理图及波形 图(a)原理图图(b)输出电压波形图 这种DC-DCS流功率变换电路广泛应用于开关稳压电源、UPS以及步进电动机、直 流电动机调速系统中，与晶闸管一电动机系统相比，PW碉速系统有下列优点： (1)由于开关频率高，仅靠电动机电枢电感的滤波作用就能获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统低速运行稳定，电机损耗和发热小。 (2、调速范围宽，可达1:10000。 (3)系统频带宽，因此快速响应性能好，动态抗干扰能力强。 (4)主电路器件工作在开关状态，主电路能耗小，装置效率高，系统的功率因数较高。如上图2-1 (a)中，假定开关管V1先接通T1秒(忽略V1的管压降，电源电压U全部加到电枢上)，然后关断T2秒(这期间电枢端电压为零)。如此反复，则电枢端电压波 形上图（b）所示。电枢电压的平均值:

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。

直流脉宽调速课程设计正文详解

第1章概述 电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换个控制的技术。目前所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。

第2章系统工作内容及原理 2.1 设计内容 本课题要通过电力电子技术来实现直流脉宽可调，可采用三相桥式PWM型逆变电路来得到直流输出的电压然后通过对其晶闸管导通角的调节来实现输出电压脉宽的调节，然后输出到直流电动机上来显示结果。 2.2设计要求 1）用斩控方式实现直流调压调速。 2）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：主电力电子开关与续流管。控制电路主要环节：脉宽调制PWM电 路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路； 3）主电路电力电子开关器件采用GTR、IGBT或MOSFET； 4）系统具有完善的保护； 2.3 总体原理 采用三相桥式PWM型逆变电路，通过PWM技术使三相交流电源逆变成直流得到直流电压，然后进行脉宽控制，然后输出到直流电动机上来显示结果 2.4结构与调速原理的说明 直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。其构造的主要特点是具有一个带换向器的电枢。直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。直流电机的转子则由电

枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。换向器是一种机械整流部件。由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体。各换向片间互相绝缘。换向器质量对运行可靠性有很大影响。 直流电机斩波调速控制系统的原理框图如图1-1所示： 图2-1原理框图 直流电机斩波调速原理是利用可控硅整流调压来达直流电机调速的目的，利用交流电相位延迟一定时间发出触发信号使可控硅导通即为斩波，斩波后的交流电经电机滤波后其平均电压随斩波相位变化而变化。为了达到控制直流电机目的，在控制回路加

直流电机PWM调速系统参考论文

毕业论文 基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统设计 所在学院 专业名称 年级 学生姓名、学号 指导教师姓名、职称 完成日期

摘要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。本文中采用了三极管组成了PWM信号的驱动系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。另外，本系统中使用了霍尔元件对直流电机的转速进行测量，经过处理后，将测量值送到液晶显示出来。 关键词：PWM信号，霍尔元件，液晶显示，直流电动机 I

目录 目录 ................................................................................................................................ III 1 引言 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.1.2 开发背景 (1) 1.1.3 选题意义 (2) 1.2 研究方法及调速原理 (2) 1.2.1 直流调速系统实现方式 (4) 1.2.2 控制程序的设计 (5) 2 系统硬件电路的设计 (6) 2.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计 (6) 2.2 STC89C51单片机简介 (6) 2.2.1 STC89C51单片机的组成 (6) 2.2.2 CPU及部分部件的作用和功能 (7) 2.2.3 STC89C51单片机引脚图 (8) 2.2.4 STC89C51引脚功能 (8) 3 PWM信号发生电路设计 (11) 3.1 PWM的基本原理 (11) 3.2 系统的硬件电路设计与分析 (11) 3.3 H桥的驱动电路设计方案 (12) 5 主电路设计 (14) 5.1 单片机最小系统 (14) 5.2 液晶电路 (14) 5.2.1 LCD 1602功能介绍 (15) 5.2.2 LCD 1602性能参数 (16) 5.2.3 LCD 1602与单片机连接 (18) 5.2.4 LCD 1602的显示与控制命令 (19) 5.3 按键电路 (20) 5.4 霍尔元件电路 (21) III

实验四双闭环可逆直流脉宽调速系统

实验报告 题目 学院 专业 班级 学号 学生姓名 指导教师 完成日期年月日

实验四双闭环可逆直流脉宽调速系统 一．实验目的 1．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理. 2．熟悉直流PWM 专用集成电路SG3525 的组成、功能与工作原理。 3．熟悉H 型PWM 变换器的各种控制方式的原理与特点。 4．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。 二．实验内容 1．PWM 控制器SG3525 性能测试。 2．控制单元调试。 3．系统开环调试。 4．系统闭环调试 5．系统稳态、动态特性测试。 6．H 型PWM 变换器不同控制方式时的性能测试。 三．实验系统的组成和工作原理 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6—10 所示。图中可逆PWM 变换器主电路系采用MOSFET 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 采用美国硅通用公司（Silicon General）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。 四．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—10A 组件。 4．NMEL-03组件。 5．NMEL—18D组件。 6．电机导轨及测功机。

7．直流电动机M03。 8．双踪示波器。 9. 万用表。 五．注意事项 1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。 2．接入ASR 构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR 的RP3 电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR 的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。 3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。 4．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。 5．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。 6．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。 7．实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。 六．实验方法 采用MCL—10A 组件 1．SG3525 性能测试 （1）用示波器观察“1”端的电压波形，记录波形的周期、幅度。 （2）用示波器观察“2”端的电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比为50%(观测示波器中测量正脉宽、负脉宽时间值)。 （3）用导线将“G（给定）”的“1”和“UPW（脉宽调制器）”的“3”相连，分别调节正负给定，记录“2”端输出波形的最大占空比和最小占空比。 2．控制电路的测试 （1）逻辑延时测试 在上述实验基础上，分别奖正、负给定均调到零，连接UPW的2”端和“DLD”的“1”端，通过示波器同时观察“DLD”的“1”和“2”端的输出波形。 （2）同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试

PWM直流脉宽调速系统的设计

南昌工程学院专科毕业设计论文 摘要 以电力电子学和电机调速技术为基础，本文设计了一种基于直流脉宽调速控制技术的直流电机调速系统。为了得到较好的动静态性能，该控制系统采用了双闭环控制，同时速度调节器和电流调节器都选用PI调节器。 本调速系统采用半桥型电路作为主电路,它相当于降压斩波电路和升压斩波电路的串联组合,选用全控型器件IGBT作开关器件。控制电路以集成PWM控制器SG3525为核心,3525输出的脉宽调制信号经LM1413放大后作为IGBT的驱动信号。实验证明本调试系统直流电压大小调节和电机可逆运行的实现非常方便，并具有较硬的静特性和机械特性。 关键词: 升/降压斩波电路；SG3525；直流脉宽调速

PWM直流脉宽调速系统的设计 Abstract On the basis of Power Electronic and electric motor speed adjusting technology, the calibrator designs a speed adjusting system in which Pulse Width Modulation (PWM) controlling technology is used to control D.C. motor. Dual closed loop controlling technic is alse adopted so that the sysetem has satisfactory steady-state and dynamic characters. The system uses single chip micro computer as an auxiliary unit. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) is selected as power semiconductor on-off element in the system The thesis explains the principle of PWM controlling. The special integrated PWM controller-SG3525 which can help us realize PWM control easily is elaborated , this chip's internal structure and its peripheral circuit are analyzed, and its applying example in this system is given. Key words:Boost/Buck chopper；SG3525；DC Pulse Width speed control

直流电机PWM调速电路汇编

《电子技术》课程设计报告课题：直流电机PWM调速电路 班级电气1107 学号 1101205712学生姓名王海彬 专业电气信息类 学院电子与电气工程学院 指导教师电子技术课程设计指导小组 淮阴工学院 电子与电气工程学院 2012年05月

直流电机PWM调速电路 一）设计任务与要求： 1.设计电机驱动主回路，实现直流电机的正反向转动； 2.设计PWM驱动信号发生电路； 3.设计电机转速显示电路； 4.设计电机转速调节电路，可以按键或电位器调节电机转速； 5.安装调试。 二）系统原理及功能概述 1）直流电机脉宽调速电路原理 对小功率直流电机调速系统，使用单片机是极为方便的。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机速度。这种方法称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称 PWM。 改变占空比的方法有 3 种： （1）定宽调频法，这种方法是保持 t1 不变，只改变 t2 ，这样周期 T（或频率）也随之改变； （2）调宽调频法，保持 t1 不变，而改变 t2 ，这样也使周期 T（或频率）改变； （3）定频调宽法，这种方法是使周期 T（或频率）不变，而同时改变 t2 和 t1 由，当控制频率与系统的固有频率接近于前两种方法都改变了周期（或频率）时，将会引起振荡，用的比较少，因此本系统用的是定频调宽法。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加。电机断电时，速度逐渐减小。只要按一定规律，改变通断电时间，即可实现对电机的转速控制。设电机永远接通电源时，其最大转速为 Vmax，设占空比 D＝ t1 /T ，则电机的平均速度为 Vd，平均速度 Vd 与占空比 D 的函数曲线如图 1－2 所示，从图可以看出，VD 与占空比 D 并不是完全线性关系（图中实线），当系统允许时，可以将其近似的看成线性关系（图中虚线），本系统采用近似法。

PWM直流脉宽调速系统建模与仿真

PWM脉宽直流调速系统设计及MATLAB仿真验 证 1设计意义 双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。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。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。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的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止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，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。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度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。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。 2主电路设计 2.1设计任务 要求设计PWM直流脉宽调速系统，可完成以下任务： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，系统在工作范围内能稳定工作； (2) 系统静特性良好，无静差； (3) 动态性能指标：转速超调量δ n ＜20%，电流超调量δ i ＜5%，

PWM环节的放大倍数： Ks=4.8。 直流电动机： UN=48V，IN=3.7A，nN=200r/min，Ra=2.0Ω，R=3Ω 系统主电路：Tm=0.2s，Tl=0.015s 最大允许电流 I dbl =2I N 调节器输入输出电压：U nm *=10V , U im *=10V , U cm =10V 2.2电路设计及分析 根据设计任务可知，要求系统在稳定的前提下实现无静差调速，并要求较好的动态性能，可选择PI控制的转速、电流双闭环直流调速系统，以完全达到系统需要。转速、电流双闭环直流调速系统框图如图1所示。 图1 转速、电流双闭环调速系统系统框图 两个调节器的输出均带限幅作用的,转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子电换器的最大输出电压。双闭环直流调速系统原理框图如下图2所示： 图2 双闭环直流调速系统原理框图

直流调速系统知识点

142.斩波器调速系统 143.生产机械对调速装置的要求 144.调速范围 145.静差率 146有转速负反馈闭环直流调速系统的组成147.转速反馈 148.转速微分负反馈 149.转速反馈系数 150.电流反馈系数 151.直流电动机静态模型 152.无静差系统 153.有静差系统 154.静特性 155.静特性方程 156.静特性曲线 157.转速降落 158.最大转速 159.额定转速 160.理想空载转速 161.开环放大倍数 162.闭环放大倍数 163.数字调节器 164.可控直流电源静态放大倍数和静态模型164.直流电动机调速原理 166.G-M调速系统 167.有转速反馈直流调速系统静特性 168.有转速反馈直流调速系统静态结构图 169.开环调速系统与闭环调速系统的不同 170.转速负反馈闭环系统静态参试计算 171.晶闸管装置供电转速负反馈单闭环系统的调试

172.电流截止负反馈 173.电流截止负反馈环节 174.电流截止负反馈系统的静态结构图175.带电流截止负反馈闭环系统的静特性176.电流截止环节参数的计算 177.电压负反馈 178.电压负反馈环节 179.电压负反馈闭环系统的静态结构图180.电压负反馈系统的静特性 181.电压负反馈系统静参数计算 182.电流补偿控制 183.电流补偿控制的作用 184.电流补偿控制与转速反馈控制的不同185.前向通道 186.前向通道放大倍数 187.检测反馈元件 188.滤波元件 189.反馈通道 190.反馈通道放大倍数 191.开环前馈补偿 192.给定信号 193.给定元件 194.转速给定信号 195.电流给定信号 196.数字斜波给定 197.扰动信号 198.负载扰动 199.电源电压扰动 200.不可预见扰动 201.跟随性能

直流电动机的PWM调压调速原理

直流电动机的PWM调压调速原理 直流电动机转速N的表达式为：N=U-IR/Kφ 由上式可得，直流电动机的转速控制方法可分为两类：调节励磁磁通的励磁控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法。其中励磁控制方法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。现在，大多数应用场合都使用电枢控制方法。 对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中，对半导体器件的使用上又可分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式。 线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这种方式的优点是：控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小；但是功率器件在线性区工作时由于产生热量会消耗大部分电功率，效率和散热问题严重，因此这种方式只用于微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。 在PWM调速时，占空比α是一个重要参数。以下3种方法都可以改变占空比的值。 （1）定宽调频法 这种方法是保持t1不变，只改变t2，这样使周期T（或频率）也随之改变。 （2）调频调宽法 这种方法是保持t2不变，只改变t1，这样使周期T（或频率）也随之改变。 （3）定频调宽法 这种方法是使周期T（或频率）保持不变，而同时改变t1和t2。 前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。 直流电动机双极性驱动可逆PWM控制系统 双极性驱动则是指在一个PWM周期里，作为在电枢两端的脉冲电压是正负交替的。 双极性驱动电路有两种，一种称为T型，它由两个开关管组成，采用正负电源，相当于两个不可逆控制系统的组合。但由于T型双极性驱动中的开关管要承受较高的反向电压，因此只用在低压小功率直流电动机驱动。 另一种称为H型。 H型双极性驱动 一、显示接口模块 方案一：液晶显示器也是一种常用的显示器件。它的优点是功耗低，寿命长，本身无老化问题，显示信息量大（可以显示字母和数字），在显示字符上没有限制。但价格高，接口电路较为复杂。其只在一些（袖珍型）设备上作为显示之用。