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数字式PWM可逆直流调速系统

一、设计

1、调速范围D=20，静差率S≤5%。再整个调速范围内要求转速无极、平滑可调；

2、动态性能指标：电流环超调量δ≤5%：

空载启动到额定转速时转速超量δ≤10%

直流电动机的参数：

2.1控制系统的整体设计

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。

2.2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。

U g1

U g2

-Us

i 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，2

on 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，

on 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 s U U γ=

则在双极式可逆变换器中

21γρ=-

调速时，p 的可调范围为0～1相应的r=-1~1。当p>0.5时，r 为正，电动机正转；

当p<0.5时，r 为负，电动机反转；当ρ=0.5时，r=0，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。三、主电路设计

桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图4所示。PWM 变换器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容6C 滤波，以获得恒定的直流电压s U 。由于电容容量较大，突加电源时相当于短路，势必产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管，为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间传入电阻Rz ，合上电源后，用延时开关将Rz 短路，以免在运行中造成附加损耗。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波电容充电，这式电容器两端电压升高称作“泵升电压”。为了限制泵升电压，用镇流电阻Rx 消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通5VT 。

A B C

限压

图4 桥式可逆直流脉宽调速系统主电路

3.1主回路参数的计算及元件的选择 1.整流变压器的选择及计算

作为整流装置电源用的变压器称整流变压器。一般的变压器有整流和变压两项功能，起着整流是把交流变直流。整流的过程中，采用三相桥式不可控整流电路。由于△接法是可以给基次谐波提供通路的，可以减少基次谐波的影响，因此整流变压器采用△/Y 接法，接线原理图如下所示：

变压器的参数选择：

a ．变压器二次侧相电压有效值为U

2=0.95U nom ／3=0.95×2203=120V 。 b ．整流变压器的标称功率为 P t =U nom

nom

*10

-=1.35×220×12.5×

-Kv=3.67Kv

注：U nom 为电动机额定电压，取220V ；I nom 为电动机额定电流，取12.5A

2.电力二极管的参数计算

本设计为双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式全控整流电路基本数据如下：整流二极管的计算：根据二极管的最大整流平均I F 和最高反向工作电压U R 分别应满足：

I F >1.5×I N /2≈1.5×12.5/2= 9.375(A)

U R >1.5×2×U2=1.5×2×120=254.52 (V)

查表得取二极管型号为ZL06 3.2回路参数计算及元件选择 1.交流侧过压过流保护

再变压器副边并联电阻和电容，可以把变压器铁芯释放的磁场的能量转换为电场能量并储存再电容中，因为电容不可以使两端电压突变，所以可以达到抑制过电压的目的，而串入电阻的目的是为了在能量转换的过程中消耗一部分能量，从而防止因变压器漏感和并联电容构成的震荡回路再闭合时产生的过电压，抑制了LC 回路出现震荡，电路图如下所示：

其中，C 和R 的计算公式为

C ≥6i%S/U 22；R ≥2.3*U 2

2/S*%I /%U k ；

在公式中：S ——变压器每相平均电压计算容量，单位V A U 2—— 变压器二次侧相电压有效值，单位 V I%——变压器激磁电流百分数 U k %——变压器的短路比 2.直流侧的过压过流保护

PWM 变换器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容6

C 滤波，以获得恒定的直流电压s U 。由于电容容量较大，突加电源时相当于短路，势必产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管，为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间传入电阻Rz ，合上电源后，用延时开关将Rz 短路，以免在运行中造成附加损耗。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波电容充

电，这式电容器两端电压升高称作“泵升电压”。为了限制泵升电压，用镇流电阻Rx

VT。

消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通

3快速熔断器短路保护

熔断器的作用：当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，可能损坏电路中的某些重要器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若安装熔断器，则熔断器就会在电流异常升高到一定高度的时候，自身熔断，切断电流，从而起到保护电路的作用。

为了防止由于电流过大而烧毁电力二极管，在二极管回路上加快速熔断器，在主回路中应加入熔断器，入下图所示：

3.3 PWM生成电路

PWM波可以由具有PWM输出的单片机通过编程来得以产生，也可以采用PWM 专用要求过高，当他频率太低时，其产生的电磁噪声就比较大，在实际用用当中，当PWM 频率在180KHz左右时，效果最好。在本系统内，采用两片四位数值比较器4585和一片12位串行计数器4040组成了PWM信号发生电路。

两片数值比较器4585，即如图生U2、U3、的A组接12位串行4040计数输出端Q2-Q9，而U2、U3的B组接到单片机的P1端口。只要改变P1 端口的输出值，就可以使得PWM信号的占空比发生变化，从而进行调控控制。

12位串行计数器4040的计数输入端CLK接到单片机C5晶振的震荡输出XTAL2。计数器4040每来8个脉冲，其输出Q2-Q9加1，当计数值小于或者等于单片机P1值X 时，图中U2的（A>B)输出端保持低电平，而当计数值大于单片机P1端口输出值X时，图中的U2的(A>B)输出端保持高电平。随着计数值的增加，Q2-Q9由全"1"变为全“0”时，图中U2的（AB)端得到了PWM信号，它的占空比为（255-X/255*100%),那么只要改变X的数值,就可以相应的改变PWM 信号的占空比，从而进行直流电机的转速控制。

使用这个方法是，单片机只需要根据调整量输出X的值，而PWM信号由三片通用数字电生成，这样可以使得软件大大简化，同时也有利于单片机系统的正常的工作。由

于单片机上电复位时P1端输出全为“1”，使得数值比较器4585的B组与P1端口相连，升速时P0端口输出X按一定规律减少，而降速时按一定规律增大。

3.3.1PWM功率放大驱动电路设计

该驱动电路采用了IR2110集成芯片，该集成电路具有较强的驱动能力和保护功能。

芯片IR2110性能的特点

IR2110时一种双通道高压，高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。它把驱动高压侧和低压侧MOSFET或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内，外接很少的分立元件就能提供极快的功耗，它的特点在于，将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动能力强，响应速度快，工作电压比较高，可以达到600V，其内设欠压封锁，成本低，易于调试。高压侧驱动采用外部自举电容上电，与其他驱动电路相比，它在设计上大大减少了驱动变压器和电容的数目，使得MOSFET和IGBT的驱动电路设计大为简化，而且它可以实现对MOSFET 和IGBT的最优驱动，还具有快速完整的保护功能。

IR2110的引脚图以及功能

引脚1（L0)与引脚7（HO）：对应引脚12以及引脚10的两路驱动信号输出端，使用中，分别通过一电阻接主电路下上通道MOSFET的栅极，为了防止干扰，通常分别在引脚1与引脚2以及引脚7与引脚5之间并接一个10K?的电阻。

引脚2（COM）:下通道MOSFET驱动输出参考地端，使用中，与引脚13（Vss）直接相连，同时接主电路桥臂下通道MOSFET的源极。

引脚3（Vcc）：直接接用户提供的输出极电源的正极，并且通过一个较高品质的电容接引脚2。

引脚5（Vs）：上通道MOSFET驱动信号输出参考地端，使用中，与主电路中上下通道被驱动MOSFET的源极相通。

引脚6（Vb）：通过一阴极连接到该端阳极连接到引脚3的高反压快恢复二极管，与用户提供的输出极电源相连，对Vcc的参数要求为大于或等于-0.5V,而且小于或等于+20V。

引脚9（VDD）：芯片输入级工作电源端，使用中，接用户为该芯片工作提供的高性能电源，为抗干扰，该端应通过一高性能去耦网络接地，该端可与引脚3 （Vcc）使用同一电源，也可以分开使用两个独立电源。

引脚10（HIN)与引脚12（LIN）:驱动逆变中同桥臂上下两个功率MOS器件的驱动脉冲信号输入端。应用中，接用户脉冲形成部分的对应两路输出，对此两个信号的限制为Vss-0.5V至Vcc+0.5V，这里Vss与Vcc分别为连接到IR2110的引脚13（Vss）与引脚9（VDD）端的电压值。

引脚11（SD）:保护信号输入端，当该引脚为高电平时，IR2110的输出信号全部被封锁，其对应的输出端恒为低电平，而当该端接低电平时，则IR2110的输出跟随引脚10与12而变化。

引脚13（Vss）：芯片工作参考地端，使用中，直接与供电电源地端相连，所有去耦电容的一端应接该端，同时与引脚2直接相连。

引脚8、引脚14、引脚4：为空引脚。

4.3 PWM控制H桥双极性主电路

从上面的原理可以看出，产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必须有开关的动作，在高压侧截止期间低压侧必须导通，才能够给自举电容提供充电的通路。因此在这个电路中，Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持续、不间断的导通的。我们可以采取双PWM信号来控制直流电机的正转以及它的速度。

将IC1的HIN端与IC2的LIN端相连，而把IC1的LIN端与IC2的HIN端相连，这样就可以使得两片芯片所输出的信号恰好相反。

在HIN为高电平期间，Q1、Q4导通，在直流电机上加正向的工作电压。其具体的操作步骤如下：

C1的L0为低电平和H0为高电平的时候，Q2截止，C1上的电压经过VB、IC 内部电路和HO端家在Q4的山脊上，从而使得Q4导通。

电源经Q1至电动机的正极经过整个电流电机后再通过Q4到达零电位，完成整个的回路。此时直电机正转。

在HIN为低电平期间，LIN端输入高电平，Q2、Q3导通，在直流电机上加反向工作电压。具体操作如下：

当IC1的L0为高电平而H0为低电平的时候，Q2导通且Q1截止，此时Q2的漏极近乎于零电平，Vcc通过D1充电，为Q1的又一次导通做准备。同理可知，IC2的HO为高电平而L0为低电平，Q3导通且Q4截止，Q3的漏极近乎于零电平，刺死后Vcc通过D2向C3充电，为Q4的又一次导通作准备。

电源经Q3至电动机的负极经过整个直流电机后再通过Q2到达零电位，完成整个的回路。此时，直流电机反转。

因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形，由于存在着机械惯性的缘故，

由电机转向和转速时由矩形脉冲电压的平均值来决定的。

设PWM波的周期为T，HIN为高电平的时间为t1，这里忽略死区时间，那么LIN为高电平的时间就为T-t1。HIN信号的占空比为D=，从而达到了改变V out的目的。D在0-1之间变化，因此λ在±之间变化。如果我们连续改变λ那么便可实现电机正向的无级调速。

当λ=5时，Vout=0，此时电机转速为0;

当0.5＜λ＜1时，V out为正，电机正转；

当λ=1时，Vout=V，电机正转全速运行。

3.4 励磁回路的设计

由380V引出，经三相整流桥变流，经过调压电阻，获得励磁电流

四、控制回路的设计

4.1 电流调节器的设计

等效成单位负反馈系统

如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s) /β，则电流环便等效成单位负反馈系统（图2-2）。

)

1.小惯性环节近似处理

最后，由于T s 和 T 0i 一般都比Tl 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一

个惯性环节，其时间常数为 ∑i = T s + T oi 。近似条件为电流环结构图最终简化成图2-3

2.电流调节器结构的选择

根据设计技术参数要求1、调速范围D=20，静差率S ≤5%。再整个调速范围内要

求转速无极、平滑可调，电流环超调量 δ≤5%，可以知道Wacr 可用PI 调节器，使电流环设计成典型Ⅰ系统。

式中 K i — 电流调节器的比例系数； τi — 电流调节器的超前时间常数。

Wi （s ）=Wacr ×Wobj=

s K i i i )

1(ττ+*βK s /R/ (T l s+1)(T ∑i s+1)= Ki /s (T ∑i s+1)

为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择τi=Tl, 其中 3.电流调节器的参数计算

平波电抗器的电感 Ld=5.45*Unom/Inom －（2Lt+La ）=85.44

s ci

131T T ≤ωs

s K s W i i i ACR )

1()(ττ+=R K K K i s

i I τβ

其中Lt ：整流变压器的漏感，0.24mH ； Lm ：电动机电枢电感，10mH ； L=La+2Lt+Lh+Ld=10+2*0.24+3.2+85.44=99.12mH R=Ra+Rn+2Rh=1.385Ω； T l =99.12/1.385/1000=0.07；

电动机的时间常数Ce=（Un-InRa ）/Nn=220-12.5*1.3/1500=0.136；电动机额定励磁的转矩电流比 Cm=30Ce/π=1.29；

Tm=Cm

Ce 375R GD 2*9.8=0.105*1.385/375*0.136*1.29=0.02s ；

整流时间常数Ts=0.0017s ；电流滤波时间常数Toi=0.002s ；

T ε=Toi+Ts=0.0017+0.002=0.00375s ； β=U*im/dim=10/18.75=0.53； α=U*um/Nmax=10/1500=0.007；

由设计要求知电流环的超调量δ≤5%；查表可得K I T Σ=0.5; T=T Σ=0.00375s ，τ=Tl

则K I =0.5/0.0037=135.1；由得 Ki=

τKs R i I K =135.1*1.385*0.07/0.53*40=0.61；所求 =s 007.01s 007.0*

61.0）（+；

4.电流参数的校验

校验近似条件：

电流环截止频率1.135Ki ci ==ω

校验PWM 调压系统传递函数的近似条件是否满足1

3ci s

T ω≤

。因为

1960017

.0*31Ts 31==>ωci ，所以满足近似条件。 R

K K K i s i I τβ

s K s W i i i ACR )1()(ττ+=

校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满足ci ω≥。现在1.8007

.0*02.01

3T mT l 13

==>ωci ，满足近似条件。

校验小时间常数近似处理是否满足条件ci ω≤

现在

>==7.180002

.0*0017.01

31T sT oi 131ωci ，满足近似条件。

按照上述参数，电流环满足动态设计指标要求和近似条件。 5.电流调节器的实现

模拟式电流调节器电路如图4所示 U *i —为电流给定电压； –βI d —为电流负反馈电压；

U c —电力电子变换器的控制电压电流调节器电路参数的计算公式：

各电阻和电容值计算如下：

Ri=KiRo=0.61*40=24.4K Ω

Ci=τi/Ri=(0.07/47.60)*1000=1.47μF Coi=4Toi/Ro=（4*0.002/40*1000=0.2μF

4.2转速环的设计

用电流环的等效环节代替图 2 中的电流环后，整个转速控制系统的动态结构图便如图2-4所示。

图4

i R R K =i

i i

C R =τoi

0oi 4

1C R T =

1．系统等效和小惯性的近似处理

和电流环中一样，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成 U *n(s )/α，再把时间常数为 1 / K I 和 T 0n 的两个小惯性环节合并起来，近似成一

个时间常数为的惯性环节，其中；

等效后的方框图为

等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理 2．转速调节器结构的选择

根据设计要求2）空载启动到额定转速时转速超量δ≤10%；

为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器 ASR 中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型 Ⅱ 型系统。

由此可见，ASR 也应该采用PI 调节器，其传递函数为式中 K n — 转速调节器的比例系数； τ n — 转速调节器的超前时间常数。调速系统的开环传递函数为 Wn （s ）=ASR W *Wobj=

令转速环开环增益为 *on I

n 1

T K T +=∑s

s K s W n n

n ASR )

1()(ττ+=)

1()1()1()1(n 2m e n n n n m e n n n ++=

+?+∑∑s T s T C s R K s T s T C R

s s K βτταβ

αττm

e n n N

T C R K K βτα=

则

3.转速调节器的参数计算

电流环时间常数1/K I 。由电流环设计可知K I T Σ=0.5，则 1/K I =2T Σ=2*0.0037=0.0074；

转速滤波时间常数Tom 。根据所用测速发电机纹波情况，取Ton=0.01s 转速时间常数T n Σ=1/K I +Ton=0.0074+0.01s=0.0174s

按跟随和抗扰性能都好的原则，取h=5，则ASR 的超前时间常数为 τn

=h T n Σ=5*0.0174=0.087s

由

得 Kn=

2T h 21h n

ΣΣ+=2

22s 0174.0*5*26-=396.4 Kn=n

Σα）β（RT h 2CeT m

1h +=

20174.0*385.1*007.0*5*202.0*136.0*53.0*6-s =5.12

=s 087.01s 087.0*12.5）（+

4转速参数的校验

校验近似条件：转速环截止频率 ωcn =Kn τ

n =396.4*0.087=34.5s

电流环传递函数简化条件为

i T KI 31Σ=0037

.01.13531=63.7 s 1

->ωcn 满足条件；

)1()

1()(n 2n

N n ++=∑s T s s K s W τm

e n n N T C R K K βτα=

s K s W n )1(n )(n ASR

ττ+=

转速环的小时间常数近似处理条件为

T on KI 31=01

.01.13531=38.7 s 1

->ωcn 满足条件；

5转速环的实现

模拟式转速调节器电路 U *n —为转速给定电压， -α n —为转速负反馈电压，

U *i —调节器的输出是电流调节器的给定电压。

转速调节器参数计算

各电阻和电容值计算如下： Rn=KnRo=5.12*40=204.8K Ω

Cn=τn/Rn=(0.087/204800)*1000=0.04μF Con=4Ton/Ro=（4*0.01/40*1000）=1μF 6.校核转速超调量

实际上在书中2-6中是线性系统计算的，而增加阶跃给定时，ASR 饱和，不符合线性饱和前提，应按ASR 饱和的情况重新计算超调量：

当h=5时，由书中表2-6查得，%6.37=n δ，不能满足设计要求，实际上，由于书中表2-6是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时ASR 饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR 退饱和的情况重新计算超调量，

N b b b n T T n n z C C n n C C ∑?-?=??=*max *max ))((2)(λδ。当

h=5

0n n R R K =n n n C R =τon 0on 41C R T =

%2.81max

=?b

C C ,而min /2.127136.0385.15.12r Ce R Id n N N =?=

=?，%10%9.1702

.00174.015002.1275.12%2.81>=??

??=n δ，不满足设计要求，需加入转速微分负反馈。待定参数为dn C 和dn R ，由于dn dn RoC =τ，而且已选定

on dn dn odn T C R T ==，所以只需确定dn τ。

048

.02

.1275.102

.0150005.020174.015254)(2124*=????-?++?=?--∑++=N m n dn

n z T n T h h λστuF Ro

C dn

dn 2.11040048.03=?=

τ，Ω=?==-K C T R dn on dn 3.810

2.101

.06

，76.20174.0048.0==

∑

T τ，取3=∑

T τ

。查表可得：%

1.39max

max =?=??b b

C C n n ，此时%10%7.802

.00174

.015002.1275.12%1.39<=??

??=n δ，故符合要求。

五、辅助回路设计 5.1 电源设计

此电路用于产生基准电压，其主要特点如下：输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压较低，电源变压器充分利用，效率高。滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两侧并联电容器；或在整流电路输出端与负载间串联电感L ，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。

5.2 转速给定电路设计

转速给定电路主要由滑动变阻器构成，调节滑动变阻器即可获得相应大小的给定信号。转速给定电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可平滑调节的给定电压。其电路原理图如图

5.3 转速检测设计

转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。电路如下图：

六、心得体会

这次课程设计历时两周，在整整两个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。经过这次课程设计我感受很多。

说真的当我拿到我所做的题目时我真的不知道从何下手这毕竟是我的第一次课程

设计，周末的时候到图书馆查阅的很多书籍，参考了一些网上的资料，最后终于有了自己的思路。课设期间我遇到了很多问题，我的题目为数字式可逆PWM直流调速系统起初我想设计全数字调速系统，由于全数字系统需要把转速环和电流环以及PWM生成装置给定等环节都放在微型计算机中，计算时需要把反馈模拟信号转化成数字信号存入单片机的存储器中，有的环节还需要计算机控制技术来实现，相对比较困难，答疑时指导老师说数字式不一定是全数字式可以是某个环节为数字式。后来我把PWM生成环节用单片机来实现。在算两个环的参数时也遇到的一些困难，最后再老师的指导和自己的努力终于完成了课设的题目。

通过这次课把理论与实际结合起来，使我对自动控制系统有了更高层次的认识很好地实现了从书本到实际操作的一个过渡。课程设计不仅是对前面所学电力电子技术和运动控制理论的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多。以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。我想无论是在学习还是在生活上只有自己用心去学习和参与才可能有收获，这也算是课设给我的一点小小的感悟。

总之，在设计过程中，我不仅学到了以前从未接触过的新知识，而且学会了独立的去发现，面对，分析，解决新问题的能力，不仅学到了知识，又锻炼了自己的能力，为以后课程设计奠定的基础。

七、参考文献

1）《电力拖动自动控制系统》陈伯时主编

2)《电路电子变流技术》黄俊主编

3）《电力拖动自动控制系统习题集》童福尧主编

4）《电气控制》李仁主编

6）自选其他有关资料

转速电流双闭环可逆直流调速系统仿真与设计方案

《运动控制》课程设计题目：转速，电流双闭环可逆直流宽频调速系统设计系部：自动化系专业：自动化班级：自动化1班学号：11423006 11423025 11423015 姓名：杨力强.丁珊珊.赵楠指导老师：刘艳日期：2018年5月26日-2018年6月13日

一、设计目的应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。应用计算机仿真技术，通过在MA TLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。二、系统设计参数直流电动机控制系统设计参数：< 直流电动机(3> ）输出功率为:5.5Kw 电枢额定电压220V 电枢额定电流 30A 额定励磁电流1A 额定励磁电压110V 功率因数0.85 电枢电阻0.2欧姆电枢回路电感100mH 电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数=1.5 额定转速 970rpm 直流电动机控制系统设计参数环境条件：电网额定电压:380/220V。电网电压波动:10%。环境温度:-40~+40摄氏度。环境湿度:10~90%. 控制系统性能指标：电流超调量小于等于5%。空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%。调速范围D＝20。静差率小于等于0.03.

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： ,，，电枢回路总电阻，机电时间常数，电动势转速比，Ks=40，，Ts=0.0017ms，电流反馈系数，转速反馈系数，试对该系统进行初步设计。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，电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量。三、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

转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计(课程设计完整版)

湖南科技大学信息与电气工程学院《课程设计报告》题目：转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：

任务书题目转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计时间安排 2013年下学期17,18周目的：应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。应用计算机仿真技术，通过在MATLAB 软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL 进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。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%30%≤n σ。总体方案实现：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。指导教师评语：评分等级：（）指导教师签名：

直流电动机可逆调速系统设计 (1)要点

摘要本次课程设计直流电机可逆调速系统利用的是双闭环调速系统，因其具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及系统中一些参数的计算。关键词：双闭环，可逆调速，参数计算，调速器。

目录 1. 设计概述 (1) 1.1 设计意义及要求 (1) 1.2 方案分析 (1) 1.2.1 可逆调速方案 (1) 1.2.2 控制方案的选择 (2) 2.系统组成及原理 (4) 3.1设计主电路图 (7) 3.2系统主电路设计 (8) 3.3 保护电路设计 (8) 3.3.1 过电压保护设计 (8) 3.3.2 过电流保护设计 (9) 3.4 转速、电流调节器的设计 (9) 3.4.1电流调节器 (10) 3.4.2 转速调节器 (10) 3.5 检测电路设计 (11) 3.5.1 电流检测电路 (11) 3.5.2 转速检测电路 (11) 3.6 触发电路设计 (12) 4. 主要参数计算 (14) 4.1 变压器参数计算 (14) 4.2 电抗器参数计算 (14) 4.3 晶闸管参数 (14) 5设计心得 (15) 6参考文献 (16)

直流电动机可逆调速系统设计 1.设计概述 1.1设计意义及要求直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。本次设计最终的要求是能够是电机工作在电动和制动状态，并且能够对电机进行调速，通过一定的设计，对整个电路的各个器件参数进行一定的计算，由此得到各个器件的性质特性。 1.2 方案分析 1.2.1 可逆调速方案使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢，且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单，电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。图1-1 两组晶闸管反并联示意图

直流PWMM可逆调速系统的设计与仿真

基础课程设计（论文）直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真专业：电气工程及其自动化指导教师：刘雨楠小组成员：陈慧婷（20114073166）石文强（20114073113）刘志鹏（20114073134）张华国（20114073151）信息技术学院电气工程系 2014年10月20日

摘要当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。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、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。关键词：直流可逆调速数字触发PWM 数字控制器

H桥可逆直流调速系统设计与实验

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姓名；指导老师：日期：

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，本课题内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

前言随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，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无静差调速系统，其稳态性能指标实现要求如下：电流超调量S≤5%调速范围 D=20；其动态性能指标：转速超调量δn=10%；调整时间时间ts=2s；电流超调量δi≤5% 。

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

逻辑无环流直流可逆调速系统设计

；课程设计任务书学生姓名：苌城专业班级：自动化0706 指导教师：饶浩彬工作单位：自动化学院题目: 逻辑无环流直流可逆调速系统设计初始条件： 1．技术数据：晶闸管整流装置：R rec=Ω，K s=40。 / 负载电机额定数据：P N=，U N=230V，I N=37A，n N=1450r/min，R a=Ω，I fn=1.14A， GD2= 系统主电路：T m=，T l= 2．技术指标稳态指标：无静差（静差率s≤2, 调速范围D≥10）动态指标：电流超调量：≤5%，起动到额定转速时的超调量：≤8%，（按退饱和方式计算）要求完成的主要任务: ？ 1．技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2） (3) 动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤1s (4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 (5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施

2．设计内容： ! (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等） (3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求 (4) 绘制逻辑无环流直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书时间安排：课程设计时间为一周半，共分为三个阶段：（1）：（2）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20% （3）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40% （4）完成设计和文档整理。约占总时间的40% 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日】

数字式PWM可逆直流调速系统

一、设计要求： 1、调速范围D=20，静差率S ≤5%。再整个调速范围内要求转速无极、平滑可调； 2、动态性能指标：电流环超调量 δ≤5%：空载启动到额定转速时转速超量δ≤10% 直流电动机的参数：直流电动机型号（KW ） Z2—32 额定容量（KW ） 2.2 额定电压（V ） 220 额定电流（A ） 12.5 最大电流（A ） 18.75 额定转速（rpm ） 1500 额定励磁（A ） 0.61 GD 2 (kg m 2 ) 0.105 电动机电枢电阻RA （） 1.3 电动机电枢电感la （Mh ） 10 名称数值整流侧内阻Rn （Ω） 0.037 整流变压器漏感Lt （mH ） 0.24 电抗器直流电阻Rh （Ω） 0.024 电抗器电感Lh （mh ） 3.2 2.1控制系统的整体设计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。 ASR ACR U *n + - U U i U * i + - U c TA V M + U d I d UPE L - M

2.2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

PWM可逆直流调速系统matlab仿真实习

PWM可逆直流调速系统matlab 仿真实习

《运动控制系统仿真》课程设计 ——PWM直流调速系统的动态建模与仿真学院：电气与控制工程学院班级：自动化1104班姓名：钟传琦学号：1106050430 日期： 2014年6月27日

一、课程设计的目的及任务《运动控制系统》是自动化专业的一门主干专业课程，在该课程学习结束后单独安排了1周的控制系统仿真课程设计。其目的是要求学生针对某个电机控制系统功能模块或整个控制系统进行设计与实现，使学生能进一步加深对课堂教学内容的理解，了解典型的电机控制系统基本控制原理和结构，掌握基本的调试方法，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和工程实践能力，并初步培养实事求是的工作作风和撰写科研总结报告的能力。二、课程设计的基本要求《运动控制系统》被控对象是交、直流电动机，能量转换是由电力电子器件构成的变换器，微机构成控制器。因此控制系统仿真课程设计学生应掌握以下基本内容：（1）交、直流电动机；（2）电力电子变换器；（3）微机控制器；（4）转速、电流等检测电路；（5）输入输出转换电路、调理电路和功放电路等。三．课程设计的内容及基本要求 1．设计题目 1) 开环直流调速系统的动态建模与仿真 2) 单闭环有静差转速负反馈调速系统的动态建模与仿真 3) 单闭环无静差转速负反馈调速系统的动态建模与仿真 4) 带电流截止转速负反馈的单闭环调速系统的动态建模与仿真 5) 单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真 6) 双闭环直流调速系统的动态建模与仿真 α=有环流可逆直流调速系统的动态建模与仿真 7) β 8) 逻辑无环流可逆直流调速系统的动态建模与仿真 9)三相异步电动机数学模型的建立 10) PWM直流调速系统的动态建模与仿真本文所选题目为：10) PWM直流调速系统的动态建模与仿真。 - 0 -

单闭环可逆直流调速系统

运动控制系统课程设计课题：单闭环可逆直流调速系统系别：电气与信息工程学院专业：自动化姓名：学号：成绩：河南城建学院 2015年12月31日

目录一、设计目的 (2) 二、设计任务及要求 (2) 三、总体方案设计 (2) 四、硬件电路设计 (3) 4.1.1 直流调速系统稳态性能分析 (3) 4.1.2静态性能指标 (4) 4.1.3 基于稳态性能指标闭环直流调速系统设计 (5) 4.1.4 直流调速系统动态性能分析 (6) 4.1.5基于动态性能指标及系统动态稳定性反馈控制闭环直流调速系统设计 (9) 4.2、控制系统动、静态数学模型的建立 (10) 4.2.1 双极性控制的桥式可逆PWM变换器的工作原理 (10) 4.2.2桥式可逆PWM变换器 (10) 五、计算机仿真 (13) 六、设计总结 (14) 参考文献 (16)

一、设计目的在电力拖动系统中，调节电压的直流调速系统是应用最为广泛的一种调速方法，除了利用晶闸管获得可控的直流电源外，还可以利用其他可控的电力电子器件，采用脉冲调制的方法，直接将恒定的直流电压调制为极性可变、大小可调的直流电压，用以实现直流电机电枢电压的平滑调节，构成脉宽直流调速系统。本设计采用了PWM 脉宽调制的方法，完成了带转速负反馈的单闭环直流调速系统的设计及实验。本设计重点介绍了单闭环可逆直流调速系统的总体结构、设计原理及参数优化设计方法，提供了通过matlab 仿真进行实验效果预分析和校正处理，得到较为理想结果后进行实际操作和调试的实验思路。二、设计任务及要求本次运动控制课程设计要求自拟控制系统性能指标的要求（调速范围、静差率、超调量、动态速降、调节时间等）设计系统原理图，完成元器件的选择，选择调节器并计算调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。为了进行定量的计算，选一组电机参数：功率kw P N 18=，额度电压 v U N 220=，额定电流A I N 94=,额定转速min /1000r n N =，电枢电阻Ω=15.0a R ，主电路总电阻Ω=45.0R ，40=s k 。最大给定电压V U nm 15*=，整定电流反馈电压 V U im 10=.要求系统调速范围20=D ,静差率%10≤,N dbt I I 5.1=,N dcr I I 1.1=。三、总体方案设计为了提高直流系统的动静态性能指标，通常采用单闭环控制系统。对调速系统的要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速系统指标要求高的采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈、电流反馈、电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环运用较多。在本设计中，转速单闭环实验是将反应转速变化的

转速电流双闭环不可逆直流调速系统的设计

武汉理工大学华夏学院信息工程课程设计报告书课程名称运动控制系统课程设计总评成绩学生专业班级自动化1113 学生姓名、学号10212411322 指导教师姓名李文彦课程设计起止日期2014.9.9--2012.9.17

课程设计基本要求课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学水平的重要依据。为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定如下基本要求。 1. 课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计结果分析、答辩等4个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。 2. 课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生通过努力在规定的时间内是可以完成的。课程设计项目名称、目的及技术要求记录于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。 3. 项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30%左右。 4. 项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。 5. 学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力。文献阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。 6. 答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出2～3个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力。答辩考核成绩占25%左右。 7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计报告书交给课程设计指导教师评阅。课程设计指导教师应认真指导学生课程设计全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、良好、中等、及格、不及格）总评成绩。 8. 课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集成存档交实验室统一管理。

课程设计：直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真

直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真摘要当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。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、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM 调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。关键词：PWM调速、直流电动机、双闭环调速

目录前言 (1) 第1章直流PWM-M调速系统 (2) 第2章UPE环节的电路波形分析 (4) 第3章电流调节器的设计 (6) 3.1 电流环结构框图的化简 (6) 3.2 电流调节器参数计算 (7) 3.3 参数校验 (8) 3.3.1 检查对电源电压的抗扰性能： (8) 3.3.2 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 (9) 3.3.3 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 (9) 3.3.4 电流环小时间常数近似处理条件 (9) 3.4 计算调节器电阻和电容 (9) 第4章转速调节器的设计 (11) 4.1 电流环的等效闭环传递函数 (11) 4.2 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择 (11) 4.3 转速调节器的参数的计算 (14) 4.4 参数校验 (14) 4.4.1 电流环传递函数化简条件 (15) 4.4.2 转速环小时间常数近似处理条件 (15) 4.5 计算调节器电阻和电容 (15) 4.6 调速范围静差率的计算 (16) 第5章系统仿真 (17) 5.1 仿真软件Simulink介绍 (17) 5.2 Simulink仿真步骤 (17) 5.3 双闭环仿真模型 (17) 5.4 双闭环系统仿真波形图 (18) 结论 (19) 参考文献 (20)

可逆直流调速系统

摘要：根据整流装置的不同，直流可逆调速系统可分为V-M可逆调速系统和PWM 可逆调速系统。讨论了晶闸管直流调速系统可逆运行方案，介绍了有环流控制的可逆V-M系统和无环流控制的可逆V-M系统。除了由晶闸管组成的相控直流电源外，直流电机还可以采用全控器件（IGBT，MOSFET，GTR等）组成的PWM变换器提供直流电源，其特点是开关频率明显高于可控硅，因而由PWM组成的直流调速系统有较高的动态性能和较宽的调速范围。PWM变换器把恒定的直流电源变为大小和极性均可调直流电源，从而可以方便的实现直流电机的平滑调速，以及正反转运行。由全控器件构成的PWM变换器，由于开关特性，因此其电枢的电压和电流都是脉动的，其转速和转矩必然也是脉动的。关键词：可逆直流调速，PWM变换器，环流。

目录 1.晶闸管直流调速系统可逆运行 (3) 1.1可逆直流调速系统分类 (4) 1.2晶闸管-电动机系统的回馈制动 (6) 2.有环流的可逆调速系统 (8)

2.1可逆系统中的环流 (8) 2.2直流平均环流与配合控制 (9) 2.3瞬时脉动环流及其抑制 (10) 2.4直流可调速系统的制动过程分析 (11) 2.5可控环流可逆调速系统 (13) 3.无环流可逆调速系统 (13) 3.1逻辑控制无环流调速系统 (14) 4.可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统） (15) 4.1可逆PWM变换器的工作原理 (15) 5.总结 (17) 1.晶闸管直流调速系统可逆运行有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起

动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM 变换器。功率较大的直流调速系统多采用V-M 电源，由于晶闸管的不可控关断特性，其可逆调速系统相对较为复杂。 1.1 可逆直流调速系统分类在没有外力作用下，要改变直流电机的旋转方向，根据直流电机转矩表达式Te =CMΦIa可知，改变励磁磁通Φ或改变电枢电流Ia均可改变电机转矩方向，从而达到改变转向的目的。与此相应得直流电机可逆调速实现方式有：1、改变电枢电流，通过改变电枢电流的方向，也可改变电磁转矩的方向。2、改变励磁电流，通过改变励磁电流方向，从而改变电磁转矩的方向。图1-１两组晶闸管装置反并联可逆线路改变电枢电流可逆线路：电枢反接的可逆线路形式是多种多样的，不同的生产机械可以根据各自的要求去选择。图1.1 是一种最简单的桥式晶闸管可逆线路，该线路中，需要一组晶闸管整流装置，还需要四个晶闸管组成的桥式电路，

逻辑无环流可逆直流调速系统的设计

运动控制系统课程设计说明书题目：逻辑无环流可逆直流调速系统的设计专业班级：xxxxxxxxxxxx 学号：xxxxxxxxxxxx 姓名：xxxxxxx 指导教师：xxxxxxxxxxxxx 成绩： 20xx年x月xx日至x月xx日

逻辑无环流可逆直流调速系统的设计（电流环、转速环调节器及其限幅电路的设计） The Design of Logic Non-loop-current DC SR System SR System--Speed Regulating System （The Design of Current Loop, Speed Loop Regulator and It’s Amplitude Limiter Circuit）学生姓名：xxxx 指导教师xxxxxxxxxxxxxx

课程设计量化评分标准指标分值评分要素得分设计完成情况30 能独立查阅文献资料，提出并较好地论述课题的实施方案；设计方案选择合理，分析、设计正确，原理清楚；独立进行设计工作，按期圆满完成规定的任务，设计结果达到预期效果，有实用价值。报告质量20 报告结构严谨，逻辑严密，论述层次清晰，语言流畅，表达准确，重点突出，报告完全符合规范化要求。工作量、工作态度20 工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。答辩成绩30 思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；分析归纳合理，结论严谨；回答问题有理论根据，基本概念清楚。总评成绩

答辩记录答辩时间：答辩地点：

摘要从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统，位置随动系统，张力控制系统，多电动机同步控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因而调速系统是最基本的拖动控制系统。在许多生产机械中，常要求电动机既能正反转，又能快速制动，需要四象限运行的特性，此时必须采用可逆调速系统。本文介绍了逻辑无环流可逆直流调速系统的基本原理及其构成，并对其控制电路进行了计算和设计。运用了一种基于Matlab的Simulink和Power System工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真新方法，实现了转速电流双闭环逻辑无环流直流可逆调速系统的建模与仿真。本文重点介绍了以芯片TC787为主的晶闸管触发电路，其如何根据DLC发出的指令正确驱动和停止正组反组晶闸管的开闭，以实现无环流系统。关键词：直流调速系统；逻辑无环流控制；触发电路； TC787

H桥可逆直流调速系统设计与实验

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：学生姓名：指导教师：日期： 2014年6月3日

参考文献 (26)

电力拖动课程设计v-m直流调速系统

题目: V-M 双闭环不可逆直流调速系统设计初始条件： 1．技术数据：晶闸管整流装置：Rrec=0.032Ω，Ks=45-48。负载电机额定数据：P N =90KW ，U N =440V ，I N =220A ，n N =1800r/min ，Ra=0.088Ω，λ=1.5。系统主电路：R ∑=0.12Ω，Tm=0.1s 2．技术指标稳态指标：无静差（静差率s ≤2, 调速范围 D≥10 ）动态指标：电流超调量：i δ≤5%，起动到额定转速时的超调量：n δ≤8%，（按退饱和方式计算）要求完成的主要任务: 1．技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作。 (2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2） (3) 动态性能指标：转速超调量n δ＜8%，电流超调量i δ＜5%，动态速降Δn≤8-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s ≤1s 。 (4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。 (5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。 2．设计内容： (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。 (2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）。 (3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR 调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。 (4) 绘制V-M 双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）。 (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。时间安排：

四辊可逆冷轧机的卷取机直流调速系统设计

前言直流电机在现代工业中是一种很重要的电机．它可以作电动机使用，也可以作发电机使用，此外还有其它特殊的用途。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，在电力电子变换器中以晶闸管为主的可控器件已经基本被功率开关器件所取代，因而变换技术也由相位控制转变成脉宽调制（PWM）；交流可调拖动系统正逐步取代直流拖动系统。然而，直流拖动控制毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且我国早期的许多工业生产机械都是采用直流拖动控制系统，所以它在工业生产中还占有相当大的比重，短时间内不可能完全被交流拖动系统所取代。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统（伺服系统）、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。调速系统按照不同的标准又可分为不同的控制系统。但是，从一定角度上来说，可以把调速系统笼统的分为开环调速系统和闭环调速系统。开环调速系统结构简单、容易实现、维护方便，但是它的静态和动态性能往往不能满足生产和控制要求。而闭环控制系统可以很好的解决这些问题，因此在实际生产中得到了广泛的应用。其中，转速、电流双闭环控制直流系统是性能最好、应用最广的直流调速系统。本文为直流调速系统的设计，包括系统设计方案选择，各单元的组成，元件的参数与选择等内容！通过本系统的设计，了解运动控制在工业上的应用！1

目录前言................................................................ 1 第一章设计的介绍.................................................. 4 1.1 设计目的................................................... 4 1.2 设计内容................................................... 4 1.3 设计题目................................................... 4 1.3.1 生产工艺和机械性能................................... 4 1.3.2 设计要求............................................. 5 1.3.3 直流电动机参数....................................... 5 第二章四辊可逆冷轧机的介绍........................................ 6 第三章系统各模块及其电路设计...................................... 7 3.1 主回路设计................................................. 7 3.2 控制回路设计............................................... 7 3.2.1 给定单元 (9) 3.2.2 转速调节器........................................... 9 3.2.4 反号器.............................................. 13 3.2.5 触发电路............................................ 13 3.2.6 逻辑控制单元........................................ 14 3.2.7 零转矩检测单元和零电流检测单元. (15) 3.2.8 零封锁环节.......................................... 16 3.2.9 电流反馈与过流保护.................................. 17 第四章系统参数设计与计算......................................... 19 4.1 整流变压器的选择.......................................... 19 4.2 晶闸管的选择.............................................. 19 4.3 晶闸管保护措施............................................ 20 4.4 电流互感器的选择.......................................... 20 4.5 平波电抗器的计算.......................................... 21 第五章双闭环的动态设计和校验...................................... 23 5.1 静特性分析和计算.......................................... 23 5.2 系统动态结构参数设计...................................... 23 5.2.1 电流调节器的设计和校验.............................. 24 5.2.2 转速调节器的设计和校验.............................. 26 第六章系统调试和校正............................................. 28 6.1 系统各功能模块性能的调试与测试............................. 28 6.1.1 系统的相位整定...................................... 28 6.1.2 触发器的整定........................................ 28 6.1.3 系统的开环运行及特性测试. (29) 6.1.4 速度反馈特性的测试.................................. 30 6.1.5 调节器的调试........................................ 31 6.1.6 电流调节器ACR 的调试.. (31) 6.1.7 反相器AR 的调试..................................... 31 6.2 系统整体功能测试........................................... 31 2