运动控制系统课程设计PWM直流脉宽调速系统设计.docx

摘要 直流系统调速是由功率晶闸管、移相控制电路、转速电流双闭环调速电路、积分电路、 电流反馈电路、以及缺相和过流保护电路，通常指人为地或自动地改变直流电动机的转速, 以满足工作机械的要求。机械特性上通过改变电动机的参数或外加工电床等方法来改变电 动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点，使电动机的稳定 运转速度发牛变化。 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吋，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。 PWM控制技术是一屮广泛应用于控制领域的技术，其原理是利用冲量相等而形状相 通的窄脉冲加在具有惯的环节吋候，效果基木相通。在电力拖动系统屮，调节电枢电压的 直流调速是应用最广泛的一种调速方法。本文设计了一个基于PWM控制的直流调速系统, 本系统采用了电流转速双闭环控制，并且设计了完善的保护措施，既保障了系统的可靠运 行，又使系统具有较高的动、静态性能。 关键词：PWM控制技术电流转速双闭环控制直流调速系统 PWM直流脉宽调速系统设计 1概述 PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制, 来等效地获得所需的波形。采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成脉宽调制变换器 —直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统或直流PWM调速系统。 PWM控制技术是一屮广泛应用于控制领域的技术，其原理是利用冲量相等而形状相 通的窄脉冲加在具有惯性的环节时候，效果基本相通。在电力拖动系统屮，调节电枢电压 的直流调速是应用最广泛的一种调速方法，除了利用晶闸管整流器获得可调直流电压外， 还可利用其它电力电子元件的可控性能，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电床调制 成极性可变，大小可调的直流电压，用以实现直流电动机电枢两端电床的平滑调节，构成 直流脉宽调速系统，随着电力电子器件的迅速发展，采用门极可关断晶体管GTO、全控 电力晶体管GTR、P-MOSFET、绝缘栅晶体管IGBT)等一些大功率全控型器件组成的晶 体管脉冲调宽型开关放大器(Pulse Width Modulated),己逐步发展成熟，用途越来越广。 调速通常通过给定环节，中间放大环节，校正环节，反馈环节和保护环节等来实现。 电动机的转速不能自动校正与给定转速的偏差的调速系统称为开环控制系统。这种调速系 统的电动机的转速要受到负载波动及电源电压波动等外界扰动的影响。电动机的转速能自 动的校正与给定转速的偏差，不受负载及电网电压波动等外界扰动的影响，使电动机的转 速始终与给定转速保持一致的调速系统称为闭环控制系统。这是由于闭环控制系统具有反 馈环节。本设计采用PWM技术来对直流电机进行调速，与一般直流调速相比，既减少了 对电源的污染，血且使控制过程更简单方便，减少了对人力资源的使用，又因为线路的简 单化、功率器件需用的减少，使系统的维护、维修变得更加简单了，但动、静态性能却提 高了。 2设计任务及要求 2.1设计任务 根据题H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 岀系统组成的原理框图。 调速系统主屯路元部件的确定及其参数计算(包括有变圧器、屯力屯子器件、平波屯 抗器与保护电路等)。 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。 绘制PWM直流脉宽调速系统的电气原理总图(要求计算机绘图)。 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。 2.2设计要求 ⑴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ffl(D10), 系统在工作范围内能稳定工作。 系统静特性良好，无静差(静差率sS2) o 动态性能指标：转速超调量5n8%,电流超调量5,5%,动态速降厶n10%，调速 系统的过渡过程时间(调节时间)ts1S o 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。 调速系统屮设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。 3理论设计 双闭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 馈环的前向通道丄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屮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 统屮，只有电流截止至负反馈环节是专门