課程設(shè)計(jì)---數(shù)字化pwm可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)（指導(dǎo)教師用）</p><p>　一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1．要求設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。 電動(dòng)機(jī)控制電源采用H型PWM功率放大器，其占空比變化為0～0.5～1時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出電壓為-264V～0～264V，為電機(jī)提供最大電流25A。速度檢測采用光電編碼器（光電脈沖信號(hào)發(fā)生器），且其輸出的A、B兩相脈沖經(jīng)光電隔離辯相后獲得每轉(zhuǎn)1024個(gè)脈沖角度分辨力和

2、方向信號(hào)。電流傳感器采用霍爾電流傳感器，其原副邊電流比為1000：1，額定電流50A。已知：（1）直流電動(dòng)機(jī)：PN = 3 kW，nN = 1500 r/min，UN = 220 V，IN = 17.3 A，電樞回路總電阻R=2.5?，電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.017s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.076s，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.1352V/（r.min-1 )；（2）H型3 F; b8 r3 C( v. m3 X大學(xué)設(shè)計(jì),大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計(jì),

3、畢業(yè)設(shè)計(jì),畢業(yè)論文,習(xí)題答案,課件PPT,精品課件+ B0 E8 l" d( m+ E# r0 p  I$ u) W' P+ U. a( Q. [2 {  x7 P3 k課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,習(xí)題答案,課件PPTP</p><p>　二、進(jìn)度安排第一階段：選擇課程設(shè)計(jì)題目，明確課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，查看參考資料。第二階段：進(jìn)行理論分析，完成轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器

4、設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真分析，進(jìn)行系統(tǒng)主電路和控制電路的原理圖設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)等。第三階段：總結(jié)課題內(nèi)容、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。第四階段：準(zhǔn)備和參加課程設(shè)計(jì)答辯。</p><p>　三、應(yīng)收集資料及主要參考文獻(xiàn)1. 羅飛.電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.2. 阮毅，陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.3. 王兆安.電力電子技術(shù)[M]

5、. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.4. 崔啟明. 動(dòng)車組自動(dòng)門控制系統(tǒng)的研究[D]. 長春：吉林大學(xué)碩士論文，2009.5. 肖陽. 基于DSP的伺服電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)碩士論文，2009.6. 洪乃剛. 電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　數(shù)字化PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>

6、;　　Digital PWM reversible DC Speed Control System Design</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要研究了利用MCS-51系列單片機(jī)控制PWM信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法。文章中采用了專門的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，并且對(duì)PWM信號(hào)的原理、產(chǎn)生方法以及如何通過

7、軟件編程對(duì)PWM信號(hào)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制其輸入信號(hào)波形等均作了詳細(xì)的闡述。此外，本文中還采用了芯片IR2110作為直流電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動(dòng)模塊，并且把它與延時(shí)電路相結(jié)合完成了在主電路中對(duì)直流電機(jī)的控制。本系統(tǒng)先對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，經(jīng)過濾波電路后，將測量值送到A/D轉(zhuǎn)換器，并且最終作為反饋值輸入到單片機(jī)進(jìn)行PI運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的控制。在軟件方面，文章中詳細(xì)介紹了PI運(yùn)算程序，初始化程序等的編寫思路和具體的

8、程序?qū)崿F(xiàn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：MCS-51單片機(jī)； PWM信號(hào)； IR2110； PI運(yùn)算； C語言</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper studied the use of the MCS-51 series single-chip control of t

9、he PWM signal in order to achieve a DC motor speed control. Article uses a specialized chip composed of a PWM signal generation system, and the principle of the PWM signal, the method and software programming the PWM sig

10、nal duty cycle adjust, in order to control the input signal waveform and so detailed elaboration. In addition, this article also uses the chip IR2110 forward as a DC motor speed control power amplification ci</p>

11、<p>　　Key words: MCS-51 single-chip; the PWM signal; of IR2110; the PI operator; the C language</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p>&

12、lt;p>　　AbstractII</p><p>　　1 設(shè)計(jì)題目和任務(wù)要求1</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)題目1</b></p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)要求1</b></p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容1</p><p>　　2 系統(tǒng)的

13、組成及其工作原理3</p><p><b>　　3 主電路設(shè)計(jì)4</b></p><p>　　3.1 PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.2 功率放大驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)8</p><p><b>　　4 總結(jié)14</b></p><p><b>　

14、　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　附錄17</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)題目和任務(wù)要求</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　數(shù)字化PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　

15、1.2設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)控制電源采用H型PWM功率放大器，其占空比變化為0～0.5～1時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出電壓為-264V～0～264V，為電機(jī)提供最大電流25A。速度檢測采用光電編碼器（光電脈沖信號(hào)發(fā)生器），且其輸出的A、B兩相脈沖經(jīng)光電隔離辯相后獲得每轉(zhuǎn)1024個(gè)脈沖角度分辨力和方向信號(hào)。電流傳感器采用霍爾電流傳感器，其原副邊電流比為1000：1，額定電流50A。采用轉(zhuǎn)速、電流雙

16、閉環(huán)控制方式。已知：</p><p>　?。?）直流電動(dòng)機(jī)：PN = 3 kW，nN = 1500 r/min，UN = 220 V，IN = 17.3 A，電樞回路總電阻R=2.5?，電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.017s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.076s，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.1352V/（r.min-1 )；</p><p>　?。?）H型3 F; b8 r3 C( v. m3 X大學(xué)設(shè)計(jì),大學(xué)

17、課程,大學(xué)課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì),畢業(yè)論文,習(xí)題答案,課件PPT,精品課件+ B0 E8 l" d( m+ E# r0 p  I$ u) W' P+ U. a( Q. [2 {  x7 P3 k課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,習(xí)題答案,課件PPTPWM功率變換器：工作頻率為2kHz，采用單極性/雙極性工作方式；</p><p>　?。?）直流電源電壓：264V；<

18、;/p><p>　?。?）主要技術(shù)指標(biāo)：調(diào)速范圍為0-1500 r/min， 電流過載倍數(shù)為1.5倍，速度控制精度 0.1% （額定轉(zhuǎn)速時(shí)）。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1.3.1 完成系統(tǒng)理論與仿真分析</p><p>　　1）進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算，完成轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參

19、數(shù)設(shè)計(jì)；</p><p>　　2）利用Matlab/Simulink建立系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能（給定輸入的跟隨性能和負(fù)載與電網(wǎng)電壓擾動(dòng)下的抗擾性能）進(jìn)行仿真分析。</p><p>　　1.3.2 完成系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1）主電路的設(shè)計(jì)；</b></p><p>　　2）單

20、片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　a. 單片機(jī)基本系統(tǒng)；com2 ^% c# K1 A' }2 Db. A/D接口電路；</p><p>　　c. 編碼器脈沖輸入接口電路；</p><p>　　d. 開關(guān)量輸入輸出電路；地大學(xué)的精品區(qū)4 R. @+ b: `0 c6 be. 電壓、電流采樣電路；設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,習(xí)題答案,課件PPT+ W

21、0; d& Zf．電源電路； g. PWM控制輸出通道及驅(qū)動(dòng)電路；: ~) A8 [' p- s0 T# ]: Wwww.thedaxue.com大學(xué)設(shè)計(jì),大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì),</p><p>　　h．給定輸入通道（撥碼開關(guān)、模擬旋鈕和串行通信接口電路等）。</p><p>　　1.3.3 PCB板的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試（根據(jù)時(shí)間選做）</p&

22、gt;<p>　　1.3.4 控制算法設(shè)計(jì)大學(xué)設(shè)計(jì),大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì),畢業(yè)論文,習(xí)題答案,課件PPT,精品課件- E, n/ C# j9 n& h5 l</p><p>　　1）電流控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)；</p><p>　　2）轉(zhuǎn)速控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)；6 x- e' j# ]: m. n' e& I免費(fèi)提供全國各地大學(xué)的精

23、品教學(xué)課件，課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)，論文資源!為大學(xué)生學(xué)習(xí)交流提供課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,習(xí)題答案,課件PPT的下載社區(qū)3）采樣周期選擇；免費(fèi)提供全國各地大學(xué)的精品教學(xué)課件，課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)T4）控制算法和運(yùn)算流程圖。</p><p>　　1.3.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　- ^; g  i5 `: s0 w; t2 ~課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,習(xí)題答案,課件PP

24、T# r  Q! D+ d. _  x/ X2 Wwww.thedaxue.coma．系統(tǒng)初始化程序模塊；大學(xué)設(shè)計(jì),大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì),畢業(yè)題b．主程序模塊；# </p><p>　　c．編碼脈沖—中斷服務(wù)程序模塊；</p><p>　　d．給定通道串行通信中斷服務(wù)程序模塊；2 ~) A8 \4 @7 Q. {; `/ f% T0 c

25、) ]1 Z大學(xué)課件論文設(shè)計(jì)e．定時(shí)中斷服務(wù)模塊；6 {! o( Y8 y1 A' b$ `% Q5 k+ U大學(xué)設(shè)計(jì),大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì),畢業(yè)論文,習(xí)題答案,課件PPT,精品課件- ?0 R# c; @0 C9 G7 g4 Q$ A" q大學(xué)設(shè)計(jì),大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì),畢業(yè)論文,習(xí)題答案,課件PPT,精品課件f．速度環(huán)采樣和調(diào)節(jié)控制模塊；. W7 O1 M, v( }$ W* x大學(xué)設(shè)計(jì)

26、,大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì),畢業(yè)論文,習(xí)題答案,課件PPT,精品課件g．電流環(huán)采樣和調(diào)節(jié)控制模塊。</p><p>　　2 系統(tǒng)的組成及其工作原理</p><p>　　單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速簡介：單片機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定

27、的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。本系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)控制，C語言編程實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的平滑調(diào)速。</p><p>　　系統(tǒng)控制方案的分析：本直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，以直流電機(jī)電樞上電壓的占空比

28、來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并通過單片機(jī)控制速度的變化。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)對(duì)電機(jī)速度的有效控制。</p><p><b>　　3 主電路

29、設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 PWM的基本原理</p><p>　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。</p><p&g

30、t;　　在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱?，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。如圖3.1所示：</p><p><b>　　圖3.1PWM方波</b></p><p>　　設(shè)電機(jī)始終

31、接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D= t1 / T，則電機(jī)的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機(jī)的平均速度；Vmax 是指電機(jī)在全通電時(shí)的最大速度；D = t1 / T是指占空比。</p><p>　　由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比D = t1 / T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來說，平均速度Vd 與占空比D并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)

32、用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。</p><p>　　3.1.2 PWM控制芯片SG3525功能簡介 隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，功率MOSFET在開關(guān)變換器中開始廣泛使用，為此美國硅通用半導(dǎo)體公司（Silicon General）推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動(dòng)N溝道功率MOSFET。</p><p>　　SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器

33、是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。</p><p>　　3.1.3 SG3525引腳功能及特點(diǎn)簡介</p><p>　　其原理圖如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 SG3525內(nèi)部電路圖</p><p&g

34、t;　　圖3.3 SG3525引腳圖</p><p>　　1.Inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。</p><p>　　2.Noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）之間接入不同類

35、型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。</p><p>　　3.Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。</p><p>　　4.OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。</p><p>　　5.CT(引腳5)：振蕩器定時(shí)電容接入端。</p><p>　　6.RT（引腳

36、6）：振蕩器定時(shí)電阻接入端。</p><p>　　7.Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。</p><p>　　8.Soft-Start(引腳8)：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只5u 的軟啟動(dòng)電容。</p><p>　　9.Compensation(引腳9)：PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入

37、不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。</p><p>　　10.Shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。</p><p>　　11.Output A（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。</p><p>　　12.Ground(引腳12)：

38、信號(hào)地。</p><p>　　13.Vc(引腳13)：輸出級(jí)偏置電壓接入端。</p><p>　　14.Output B（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。</p><p>　　15.Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。</p><p>　　16.Vref(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電

39、壓。 特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）工作電壓范圍寬：8—35V。 （2）5.1（11.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。 （3）振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz—400KHz。 （4）具有振蕩器外部同步功能。 （5）死區(qū)時(shí)間可調(diào)。 （6）內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。 （7）具有輸入欠電壓鎖定功能。 （8）具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖。 （9）逐個(gè)脈沖關(guān)斷。 （10）

40、雙路輸出（灌電流/拉電流）：mA(峰值)。</p><p>　　3.1.4 SG3525的工作原理</p><p>　　SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT引腳和Discharge引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)

41、現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。</p><p>　　SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)10u的軟啟動(dòng)電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至

42、其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。</p><p>

43、　　外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)Shutdown（引腳10）上的信號(hào)為高電平時(shí)，PWM瑣存器將立即動(dòng)作，禁止SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)耦合而影響SG3525的正常工作。</p><p>　　欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)

44、和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。</p><p>　　此外，SG3525還具有以下功能，即無論因?yàn)槭裁丛蛟斐蒔WM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來，PWM瑣存器才被復(fù)位。</p><p>　　3.2 功率放大驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　功率放大驅(qū)動(dòng)芯片有多種，其中較常用的芯片有IR2110

45、和EXB841，但由于IR2110具有雙通道驅(qū)動(dòng)特性，且電路簡單，使用方便，價(jià)格相對(duì)EXB841便宜，具有較高的性價(jià)比，且對(duì)于直流電機(jī)調(diào)速使用起來更加簡便，因此該驅(qū)動(dòng)電路采用了IR2110集成芯片，使得該集成電路具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和保護(hù)功能。</p><p>　　3.2.1 芯片IR2110性能及特點(diǎn)</p><p>　　IR2110是美國國際整流器公司利用自身獨(dú)有的高壓集成電路以及無閂鎖

46、CMOS技術(shù)，于1990年前后開發(fā)并且投放市場的，IR2110是一種雙通道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動(dòng)的單片式集成驅(qū)動(dòng)器。它把驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)和低壓側(cè)MOSFET或IGBT所需的絕大部分功能集成在一個(gè)高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件就能提供極快的功耗，它的特點(diǎn)在于，將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，可以達(dá)到600V，其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，成本低、易于調(diào)試。高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)采用外

47、部自舉電容上電，與其他驅(qū)動(dòng)電路相比，它在設(shè)計(jì)上大大減少了驅(qū)動(dòng)變壓器和電容的數(shù)目，使得MOSFET和IGBT的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)大為簡化，而且它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)MOSFET和IGBT的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，還具有快速完整的保護(hù)功能。與此同時(shí)，IR2110的研制成功并且投入應(yīng)用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。</p><p>　　3.2.2 IR2110的引腳圖以及功能</p><p>　　

48、IR2110將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，是目前功率放大驅(qū)動(dòng)電路中使用最多的驅(qū)動(dòng)芯片。其結(jié)構(gòu)也比較簡單，芯片引腳圖如下圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 IR2110引腳圖</p><p>　　LO(引腳1):低端輸出</p><p>　　COM(引腳2):公共端</p&

49、gt;<p>　　Vcc(引腳3):低端固定電源電壓</p><p>　　Nc(引腳4): 空端</p><p>　　Vs(引腳5):高端浮置電源偏移電壓</p><p>　　VB (引腳6):高端浮置電源電壓</p><p>　　HO(引腳7):高端輸出</p><p>　　Nc(引腳8): 空端<

50、;/p><p>　　VDD(引腳9):邏輯電源電壓</p><p>　　HIN(引腳10): 邏輯高端輸入</p><p>　　SD(引腳11):關(guān)斷</p><p>　　LIN(引腳12):邏輯低端輸入</p><p>　　Vss(引腳13):邏輯電路地電位端，其值可以為0V</p><p>　　

51、Nc(引腳14):空端</p><p>　　IR2110 的內(nèi)部功能框圖如下圖3.5所示。由三個(gè)部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的成功設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，三相橋式變換器，僅用一組電源即可。</p><p>　　圖3.5 IR2110 的內(nèi)部功能框圖</p><p>

52、　　3.2.3 高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)的自舉原理</p><p>　　IR2110 用于驅(qū)動(dòng)半橋的電路如下圖3.6所示。圖中C1、VD1 分別為自舉電容和二極管，C2 為VCC 的濾波電容。</p><p>　　假定在S1 關(guān)斷期間C1 已充到足夠的電壓（VC1≈VCC）。當(dāng)HIN 為高電平時(shí)VM1 開通，VM2 關(guān)斷，VC1 加到S1 的門極和發(fā)射極之間，C1 通過VM1，Rg1 和S1 門極柵

53、極電容Cgc1 放電，Cgc1 被充電。此時(shí)VC1 可等效為一個(gè)電壓源。當(dāng)HIN 為低電平時(shí)，VM2 開通，VM1 斷開，S1 柵電荷經(jīng)Rg1、VM2 迅速釋放，S1 關(guān)斷。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間（td）之后，LIN 為高電平，S2 開通，VCC 經(jīng)VD1，S2 給C1 充電，迅速為C1 補(bǔ)充能量。如此循環(huán)反復(fù)。</p><p>　　圖3.6 半橋驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　3.2.4 自舉元

54、器件的分析與設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖3.6所示自舉二極管（VD1）和電容（C1）是IR2110 在PWM 應(yīng)用時(shí)需要嚴(yán)格挑選和設(shè)計(jì)的元器件，應(yīng)根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行計(jì)算分析。在電路實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行一些調(diào)整，使電路工作在最佳狀態(tài)。</p><p><b>　　自舉電容的設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　IGBT 和PM（POWERMOSFET）具有

55、相似的門極特性。開通時(shí)，需要在極短的時(shí)間內(nèi)向門極提供足夠的柵電荷。假定在器件開通后，自舉電容兩端電壓比器件充分導(dǎo)通所需要的電壓（10V，高壓側(cè)鎖定電壓為8.7/8.3V）要高；再假定在自舉電容充電路徑上有1.5V 的壓降（包括VD1 的正向壓降）；最后假定有1/2 的柵電壓（柵極門檻電壓VTH 通常3～5V）因泄漏電流引起電壓降。綜合上述條件，此時(shí)對(duì)應(yīng)的自舉電容可用下式表示：</p><p>　　工程應(yīng)用則取 C

56、1>2Qg/(VCC－10－1.5)。</p><p>　　對(duì)于本設(shè)計(jì)通過運(yùn)算取C1=0.1U</p><p><b>　　自舉二極管的選擇：</b></p><p>　　自舉二極管是一個(gè)重要的自舉器件，它應(yīng)能阻斷直流干線上的高壓，二極管承受的電流是柵極電荷與開關(guān)頻率之積。為了減少電荷損失，應(yīng)選擇反向漏電流小的快恢復(fù)二極管。</p&

57、gt;<p>　　3.2.5 利用IR2110芯片的完善設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)保護(hù)電路</p><p>　　IR2110使它自身可對(duì)輸入的兩個(gè)通道信號(hào)之間產(chǎn)生合適的延時(shí)，保證了加到被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中同橋臂上的兩個(gè)功率MOS器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間有一互瑣時(shí)間間隔，因而防止了被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中兩個(gè)功率MOS器件同時(shí)導(dǎo)通而發(fā)生直流電源直通路的危險(xiǎn)。</p><p>　　從上面的原理可以看出，產(chǎn)生

58、高壓側(cè)門極驅(qū)動(dòng)電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)的動(dòng)作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。因此在這個(gè)電路中，Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的。我們可以采取雙PWM信號(hào)來控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的速度。</p><p>　　將IC1的HIN端與IC2的LIN端相連，而把IC1的LIN端與IC2的HIN端相連，這樣就使得兩片芯片所輸出的信號(hào)恰好相反。</p>

59、<p>　　在HIN為高電平期間，Q1、Q4導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向的工作電壓。其具體的操作步驟如下：</p><p>　　當(dāng)IC1的LO為低電平而HO為高電平的時(shí)候，Q2截止，C1上的電壓經(jīng)過VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q1的柵極上，從而使得Q1導(dǎo)通。同理，此時(shí)IC2的HO為低電平而LO為高電平，Q3截止，C3上的電壓經(jīng)過VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q4的柵極上，從而使得Q4導(dǎo)通。</p&g

60、t;<p>　　電源經(jīng)Q1至電動(dòng)機(jī)的正極經(jīng)過整個(gè)直流電機(jī)后再通過Q4到達(dá)零電位，完成整個(gè)的回路。此時(shí)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。</p><p>　　在HIN為低電平期間，LIN端輸入高電平，Q2、Q3導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加反向工作電壓。其具體的操作步驟如下：</p><p>　　當(dāng)IC1的LO為高電平而HO為低電平的時(shí)候，Q2導(dǎo)通且Q1截止。此時(shí)Q2的漏極近乎于零電平，Vcc通過D1向C1

61、充電，為Q1的又一次導(dǎo)通作準(zhǔn)備。同理可知，IC2的HO為高電平而LO為低電平，Q3導(dǎo)通且Q4截止，Q3的漏極近乎于零電平，此時(shí)Vcc通過D2向C3充電，為Q4的又一次導(dǎo)通作準(zhǔn)備。</p><p>　　電源經(jīng)Q3至電動(dòng)機(jī)的負(fù)極經(jīng)過整個(gè)直流電機(jī)后再通過Q2到達(dá)零電位，完成整個(gè)的回路。此時(shí)，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形，由于存在著機(jī)械慣性的緣故，電

62、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來決定的。</p><p>　　設(shè)PWM波的周期為T，HIN為高電平的時(shí)間為t1，這里忽略死區(qū)時(shí)間，那么LIN為高電平的時(shí)間就為T-t1。HIN信號(hào)的占空比為D=t1/T。設(shè)電源電壓為V，那么電樞電壓的平均值為：</p><p>　　Vout= [ t1 - ( T - t1 ) ] V / T</p><p>　　= ( 2

63、t1 – T ) V / T</p><p>　　= ( 2D – 1 )V</p><p>　　定義負(fù)載電壓系數(shù)為λ，λ= Vout / V， 那么 λ= 2D – 1 ；當(dāng)T為常數(shù)時(shí)，改變HIN為高電平的時(shí)間t1，也就改變了占空比D，從而達(dá)到了改變Vout的目的。D在0—1之間變化，因此λ在±1之間變化。如果我們改變?chǔ)?，那么便可以?shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。</p><

64、;p>　　當(dāng)0<D<0.5時(shí)，Vout為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；</p><p>　　當(dāng)D=0.5時(shí)，Vout=0，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為0；</p><p>　　當(dāng)0.5<D<1時(shí)，Vout為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；</p><p>　　當(dāng)λ=1時(shí)，Vout=V，電機(jī)正轉(zhuǎn)全速運(yùn)行。</p><p><b>　　4 總結(jié)<

65、/b></p><p>　　本文所述的直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是以低價(jià)位的單片微機(jī)8051為核心的，而通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)整又有多種途徑，相對(duì)于其他用硬件或者硬件與軟件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，采用PWM軟件方法來實(shí)現(xiàn)的調(diào)速過程具有更大的靈活性和更低的成本，它能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的效能，對(duì)于簡易速度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種有效的途徑。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)，凝結(jié)了很多

66、人的心血，沒有組員間的互幫互助，我將無法順利完成這次課程設(shè)計(jì)的主電路設(shè)計(jì)。通過這次的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐使我加深了對(duì)數(shù)字化PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的理解，讓我對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)該課程產(chǎn)生了濃烈的興趣。由于平時(shí)大家都是學(xué)理論，沒有過實(shí)際開發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，拿到的時(shí)候都不知道怎么做。但通過各方面的查資料并學(xué)習(xí)，我基本學(xué)會(huì)了數(shù)字化PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這次的課程設(shè)計(jì)是我收獲最大的一次，雖然中途遇到了不少困難，但還是被我逐步解決了。每次做課程設(shè)計(jì)我都感覺

67、比較棘手，因?yàn)樗粏问且竽銌渭兊赝瓿梢粋€(gè)題目，而是要求你對(duì)所學(xué)的知識(shí)都要弄懂，并且能將其貫穿起來，是綜合性比較強(qiáng)的，盡管如此，我還是迎難而上了，首先把設(shè)計(jì)任務(wù)搞清，不能盲目地去做，你連任務(wù)都不清楚從何做起呢，接下來就是找相關(guān)資料，我每天除了上圖書館就是在網(wǎng)上找資料，然后對(duì)資料進(jìn)行整理，找資料說起來好像很簡單，但真正做起來是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，所以這個(gè)過程中要花費(fèi)一些時(shí)間做看似無用功的事，其實(shí)不盡然，這其中也拓展了你

68、的知識(shí)面。通過合作，我們的合作意識(shí)得到加強(qiáng)，合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒有過深入的交</p><p>　　我相信我們每個(gè)人都從這次課程設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多，我們也只有在實(shí)踐中才能提高得更快！實(shí)踐是我們接觸社會(huì)的平臺(tái)，也很感謝老師給了我們每個(gè)人這么好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　阮毅，陳伯

69、時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.</p><p>　　羅飛.電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　王兆安.電力電子技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　張毅剛，彭喜源，譚曉鈞，曲春波.MCS－51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2