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武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书

目录

1 任务分析 ............................................................................................................................. 0 1.1 概述 ............................................................................................................................... 0 1.2 双闭环调速系统的结构图 ........................................................................................... 1 1.3 桥式可逆PWM变换器的工作原理 ............................................................................... 1 1.4 PWM调速系统的静特性 ........................................................................................... 3 2 电路设计 ............................................................................................................................. 4 2.1给定及偏移电源 ........................................................................................................... 5 2.2 双环调节器电路 ........................................................................................................... 5

2.2.1 电流调节器 ................................................................................................................ 6 2.2.2 转速调节器 ................................................................................................................ 6

2.3 信号产生电路 ............................................................................................................... 7 2.4 驱动电路 ....................................................................................................................... 8 2.5转速及电流检测电路 ................................................................................................. 10 3 调节器的参数整定 ........................................................................................................... 10 3.1 电流调节器参数的计算 ............................................................................................. 11 3.2 转速调节器参数的计算 ............................................................................................. 12 3.3 参数的校验 ................................................................................................................. 13

3.3.1 电流参数的校验 ....................................................................................................... 13 3.3.2 转速参数的校验 ....................................................................................................... 14 3.3.3 校验退饱和转速超调量 ............................................................................................ 14

4 心得体会 ........................................................................................................................... 15 参考文献 ............................................................................................................................... 16 附录 ..................................................................................................................................... 168

武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书

直流双极式可逆PWM调速系统设计

1 任务分析

1.1 概述

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。脉宽调制变换器是把脉冲宽度进行调制的一种直流斩波器，脉宽调制，是利用电力电子开关器件的导通与关断，将直流电压变成连续的直流脉冲序列，并通过控制脉冲的宽度或周期达到变压的目的。与V-M系统相比，PWM系统在很多方面有较大的优越性：

1）主电路线路简单，需用的功率器件少。

2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 3）低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。

4）若是与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。 5）功率开关器件工作在开关状态，道通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率高。

6）直流电流采用不控整流时，电网功率因素比相控整流器高。

由于有以上优点直流PWM系统应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能中，已完全取代了V-M系统。为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行。经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反馈。

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1.2 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。

总体方案简化图如图1所示。

IdβRUn*ASR-αUi*-ACRPWMKs1/Cen 图1 双闭环调速系统的结构简化图

1.3 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UAB的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。

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