pwm脈寬直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計

1、<p>　　PWM脈寬直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　摘要 直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣、精度高、動態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點，所以在電氣傳動中獲得了廣泛應(yīng)用。本文從直流電動機的工作原理入手，建立了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型，并詳細分析了系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動態(tài)性能。然后按照自動控制原理，對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)進行分析和計算，利用Simulink對系統(tǒng)進行了各種參數(shù)給定下的仿真，通過仿真獲

2、得了參數(shù)整定的依據(jù)。在理論分析和仿真研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一套實驗用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)主電路、反饋電路、觸發(fā)電路及控制電路的具體實現(xiàn)。對系統(tǒng)的性能指標進行了實驗測試，表明所設(shè)計的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，具有較好的靜態(tài)和動態(tài)性能，達到了設(shè)計要求。采用MATLAB軟件中的控制工具箱對直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進行計算機輔助設(shè)計，并用SIMULINK進行動態(tài)數(shù)字仿真,同時查看仿真波形,以此驗證設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)是否可行。<

3、;/p><p>　　關(guān)鍵詞 直流電機 直流調(diào)速系統(tǒng) 速度調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器 PWM調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)系統(tǒng) 仿真</p><p>　　Abstract DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and

4、DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth control in a wide range, besides its control performance is excellent. Beginning with the theory of D

5、C motor, this dissertation builts up the mathematic model of DC speed control system with double closed loops, detailedly discusses the static and dynamic sta</p><p>　　Keywords DC motor, DC governing system

6、, speed governor, current governor, double loop control system, simulink</p><p>　　一、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　1、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的介紹</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作過程和原理：電動機在啟動階段，電動機的實際轉(zhuǎn)速(電壓)低于給定值,速度調(diào)節(jié)器的

7、輸入端存在一個偏差信號，經(jīng)放大后輸出的電壓保持為限幅值,速度調(diào)節(jié)器工作在開環(huán)狀態(tài),速度調(diào)節(jié)器的輸出電壓作為電流給定值送入電流調(diào)節(jié)器, 此時則以最大電流給定值使電流調(diào)節(jié)器輸出移相信號,直流電壓迅速上升,電流也隨即增大直到等于最大給定值, 電動機以最大電流恒流加速啟動。電動機的最大電流(堵轉(zhuǎn)電流)可以通過整定速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來改變。在電動機轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速后, 速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號減小到近于零,速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器退出飽和狀

8、態(tài),閉環(huán)調(diào)節(jié)開始起作用。對負載引起的轉(zhuǎn)速波動,速度調(diào)節(jié)器輸入端產(chǎn)生的偏差信號將隨時通過速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器來修正觸發(fā)器的移相電壓,使整流橋輸出的直流電壓相應(yīng)變化,從而校正和補償電動機的轉(zhuǎn)速偏差。另外電流調(diào)節(jié)器的小時間常數(shù), 還能夠?qū)σ螂娋W(wǎng)波動引起的電動機電樞電流的變化進行快速調(diào)節(jié),可以在電動機轉(zhuǎn)速還未來得及發(fā)生改變時,迅速使電流恢復到原來值,從而使速度更好地穩(wěn)定于某一轉(zhuǎn)速下運行。</p><p>　　2、雙閉環(huán)

9、直流調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。兩者之間實行嵌套連接，如圖1—1所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><

10、;p>　　圖1—1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　其中：ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR-電流調(diào)節(jié)器 TG-測速發(fā)電機 TA-電流互感器 UPE-電力電子變換器 -轉(zhuǎn)速給定電壓 Un-轉(zhuǎn)速反饋電壓 -電流給定電壓 -電流反饋電壓</p><p>　　實際上在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器始終為不飽和狀態(tài)，而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器則處于飽和和不飽和兩種狀態(tài)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)

11、圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。</p><p>　　圖3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖中和分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖上必須把電流標示出來。電機在啟動過程中，轉(zhuǎn)速

12、調(diào)節(jié)器經(jīng)歷了不飽和、飽和、退保和三種狀態(tài)，整個動態(tài)過程可分為圖4中的三個階段。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形如圖4所示。</p><p>　　圖4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形</p><p>　　圖4中所示的啟動過程，階段Ⅰ是電流上升階段，電流從0到達最大允許值Idm，ASR飽和、ACR不飽和；階段Ⅱ時恒流升速階段，Id基本保持在Idm，電動機加速到了給定值n*

13、，ASR飽和、ACR不飽和；階段Ⅲ時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（退飽和階段），ASR不飽和、ACR不飽和。</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程利用飽和非線性控制，獲得了準時間最優(yōu)控制，但卻帶來了轉(zhuǎn)速超調(diào)。</p><p>　　2.2 H橋PWM變換器</p><p>　　脈寬調(diào)制器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定寬度可變的脈沖電壓序

14、列，從而改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　由于題目中給定為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)，電動機M兩端電壓的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動電壓的極性變化而變化。通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的導通和關(guān)斷時間，即占空比，可以達到對直流電機進行調(diào)速的目的。H型雙極性PWM變換器如圖5所示。</p><p>　　圖5 橋式可逆PWM變換器電路</p><

15、p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的四個驅(qū)動電壓波形如圖6所示。</p><p>　　圖6 雙極式控制可逆PWM變換器的驅(qū)動電壓、輸出電壓和電流波形</p><p>　　它們的關(guān)系是：。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當時，晶體管VT1、VT4飽和導通而VT2、VT3截止，這時。當時，VT1、VT4截止，但VT2、VT3不能立即導通，電樞電流經(jīng)VD2、VD3續(xù)流，這時。在一個周期內(nèi)正負相間，這是雙

16、極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖6所示。電動機的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動電壓正負脈沖的寬窄上。當正脈沖較寬時，，則的平均值為正，電動機正轉(zhuǎn)；當正脈沖較窄時，則反轉(zhuǎn)；如果正負脈沖相等，，平均輸出電壓為零，則電動機停止轉(zhuǎn)動。</p><p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為</p><p><b>　　(1)</b></p><p&g

17、t;　　如果定義占空比，電壓系數(shù)，則在雙極式可逆變換器中</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　調(diào)速時，的可調(diào)范圍為0~1，相應(yīng)的。當時，為正，電動機正轉(zhuǎn)；當時，為負，電動機反轉(zhuǎn)；當時，=0，電動機停止。但是電動機停止時電樞電壓并不等于零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。</p><p><b

18、>　　3 系統(tǒng)參數(shù)的選取</b></p><p>　　3.1 PWM變換器滯后時間常數(shù)Ts</p><p>　　PWM控制與變換器的動態(tài)數(shù)學模型和晶閘管觸發(fā)與整流裝置基本一致。當控制電壓改變時，PWM變換器輸出平均電壓按現(xiàn)行規(guī)律變化，但其響應(yīng)會有延遲，最大的時延是一周開關(guān)周期T。</p><p>　　PWM裝置的延遲時間，一般選取</p>

19、;<p>　　=0.001s (3)</p><p>　　其中，------開關(guān)器件IGBT的頻率。</p><p>　　3.2 電流濾波時間常數(shù)和轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)</p><p>　　PWM變換器電流濾波時間常數(shù)的選擇與晶閘管控制電路有所區(qū)別，這里選擇電流濾波時間常數(shù)

20、 </p><p>　　==0.132 V·min／r</p><p><b>　　===0.18s</b></p><p><b>　　===0.03s</b></p><p>　　4 電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計 </p><p>　　4.1 電流

21、環(huán)小時間常數(shù)計算</p><p>　　按小時間按常數(shù)近似處理，取</p><p>　　=+=0.002+0.001=0.003 (7)</p><p>　　4.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇 </p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，并保證穩(wěn)態(tài)時在電網(wǎng)電壓的擾動下系統(tǒng)無靜差，可以按典型型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)

22、器，電流環(huán)控制對象是雙慣性的，因此可以采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可見式（8）。</p><p><b>　　(8)</b></p><p>　　檢查對電源電壓的抗擾性能：，分析可知，各項指標都是可以接受的。</p><p>　　4.3 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：。</p>

23、<p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：要求，根據(jù)典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系可知，應(yīng)取，因此</p><p><b>　　(9)</b></p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為</p><p>　　4.4 校驗近似條件 </p><p>　　電流環(huán)截止頻率：166.7</p>

24、<p>　　（1）PWM變換裝置傳遞函數(shù)的近似條件</p><p><b>　　(11)</b></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　?。?）校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件</p><p><b>　　(12)</b>&

25、lt;/p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　（3）電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件</p><p><b>　　(13)</b></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　4.5 調(diào)節(jié)器電容和電阻值計

26、算</p><p>　　按所用運算放大器取，各個電阻和電容值的計算如下：</p><p><b>　　取50</b></p><p><b>　　取0.6</b></p><p><b>　　取0.2</b></p><p>　　PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖如

27、圖7所示。</p><p>　　圖7 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　由以上計算可得電流調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　(14) </b></p><p>　　校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。</p><p>　　圖8 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖&

28、lt;/p><p>　　5 速度調(diào)節(jié)器ASR設(shè)計</p><p>　　5.1 時間常數(shù)的設(shè)定</p><p>　　在電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計中為了達到電流超調(diào)的要求（），，所以電流環(huán)等效時間常數(shù)為：</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)處理處理，取</p><p><b>　　(16) </b>

29、;</p><p>　　5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中?，F(xiàn)在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)調(diào)節(jié)器應(yīng)該有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型II型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p>&

30、lt;p><b>　　(17) </b></p><p>　　5.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計算</p><p>　　按跟隨性和抗擾性好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為：</p><p><b>　　(19) </b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)增益為：</p><

31、p><b>　　(20) </b></p><p>　　于是可得ASR的比例系數(shù)為：</p><p><b>　　(21) </b></p><p>　　5.4 校驗近似條件</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率為：</p><p>　?。?）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件&l

32、t;/p><p><b>　　(22) </b></p><p><b>　　滿足簡化條件。</b></p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件</p><p><b>　　(23) </b></p><p><b>　　滿足簡化條

33、件。</b></p><p>　?。?）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p>　　當h=5時，由典型II型系統(tǒng)的階躍輸入跟隨性能指標的關(guān)系可知，，不能滿足設(shè)計的要求。實際上，突加階躍給定時，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計算超調(diào)量。</p><p>　　系統(tǒng)空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量： </p><p

34、><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　5.5 調(diào)節(jié)器電容和電阻值計算</p><p>　　按所用運算放大器取，各電阻和電容值計算如下：</p><p><b>　　取510</b></p><p><b>　　取0.2</b></p><

35、;p><b>　　取1</b></p><p>　　PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖9所示。</p><p>　　圖9 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　由以上計算可得轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　(24)</b></p><p&g

36、t;　　校正成典型II型系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖10所示。</p><p>　　圖10 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　6 采用MATLAB對系統(tǒng)進行仿真</p><p>　　利用MATLAB-SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真，系統(tǒng)框圖和仿真結(jié)果如下所示。</p><p>　　6.1 原理框圖設(shè)計</p><p&

37、gt;　　6.1.1 電流環(huán)原理圖</p><p>　　圖11 電流環(huán)原理圖</p><p>　　電流環(huán)的原理圖如圖11所示，輸入為階躍信號，通過ACR輸出限幅，控制輸出電流幅值大小。電流反饋環(huán)節(jié)加上PI調(diào)節(jié)器，使穩(wěn)態(tài)輸出無靜差。</p><p>　　6.1.2 轉(zhuǎn)速環(huán)原理圖</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)原理圖如圖12所示。階躍給定輸入信號經(jīng)過

38、一個慣性環(huán)節(jié)輸出，與反饋環(huán)節(jié)的比較作為ASR的輸入，ASR輸出限幅，控制輸出直流電壓幅值大小。負載擾動設(shè)定為階躍信號，系統(tǒng)空載啟動。若仿真時間設(shè)為5s,可以設(shè)定在3s時加入負載的擾動。 </p><p>　　圖12 轉(zhuǎn)速環(huán)原理圖 </p><p>　　6.1.3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　圖13 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真原理

39、圖</p><p>　　圖中，step為一個電壓階躍信號，當t=0時，跳變?yōu)殡A躍值為10的信號。</p><p>　　圖中subsystem是新建的一個系統(tǒng)，通過設(shè)計參數(shù)，其等效為ASR或者ACR，只是兩者的參數(shù)設(shè)置不一樣，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，包含比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)，如圖14所示。</p><p>　　圖14 ASR和ACR內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p&

40、gt;<b>　　6.2 仿真結(jié)果</b></p><p>　　6.2.1電流環(huán)仿真結(jié)果</p><p>　　電流環(huán)的仿真結(jié)果如圖15所示。突加給定電壓，電流迅速上升至最大值，存在一定的超調(diào)，因給定輸入達到限幅值，強迫電樞電流上升階段結(jié)束，電流減小達到給定值并維持穩(wěn)定。設(shè)置給定值為200，在直流電動機的恒流升速階段，電流值低于200A，其原因是電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到電動機反

41、電動勢的擾動。選擇KT=0.5.當KT的值越大時，超調(diào)越大，但上升時間越短。</p><p>　　圖15 電流環(huán)仿真結(jié)果</p><p>　　6.2.2轉(zhuǎn)速環(huán)仿真結(jié)果</p><p>　　圖16 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真結(jié)果</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖16所示，系統(tǒng)的起動過程包含三個階段。電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（退飽和

42、）階段。在圖16中，黃色曲線表示轉(zhuǎn)速變化，紫色曲線表示電樞電流的變化。</p><p>　　6.2.3轉(zhuǎn)速環(huán)抗負載擾動仿真結(jié)果</p><p>　　利用轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型同樣可以對轉(zhuǎn)速環(huán)抗擾過程進行仿真，它是在負載電流IdL(s)的輸入端加上負載電流。得到轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾波形圖如圖17所示。</p><p>　　圖17 轉(zhuǎn)速環(huán)抗擾仿真結(jié)果</p><p&

43、gt;　　6.3 仿真結(jié)果分析</p><p>　　雙閉環(huán)控制電動機的轉(zhuǎn)速和電流分別由兩個獨立的調(diào)節(jié)器控制，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的給定，因此電流環(huán)能夠隨轉(zhuǎn)速的偏差調(diào)節(jié)電動機電樞的電流。當轉(zhuǎn)速低于給定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用使輸出增加，即電流給定上升，并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使電動機電流增加，從而使電動機獲得加速轉(zhuǎn)矩，電動機轉(zhuǎn)速加速上升，電機啟動性能良好，滿足動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)定性。</p><

44、;p>　　7 雙閉環(huán)系統(tǒng)的電路設(shè)計</p><p>　　7.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR電路</p><p>　　設(shè)計中采用運算放大器TL082作為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路，如圖18所示，給定電壓由正負10V電源加在兩個電位器上構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)電位器R11、R22即可調(diào)節(jié)給定電壓的大小，在經(jīng)過電壓跟隨器加到速度調(diào)節(jié)器上。圖中穩(wěn)壓二極管D3、D4配合構(gòu)成限幅器限制ASR輸出的最大電壓，保證了系統(tǒng)在啟動

45、過程中電機能夠在最大轉(zhuǎn)矩下安全的恒流啟動。實現(xiàn)飽和非線性控制。</p><p>　　圖18 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR電路</p><p>　　7.2 電流調(diào)節(jié)器ACR電路</p><p>　　電流環(huán)調(diào)節(jié)器硬件電路是如圖19所示的PI調(diào)節(jié)器。同速度調(diào)節(jié)器，D1、D2構(gòu)成限幅電路，當電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起到堵轉(zhuǎn)以及過流保護作用。ASR的輸出作為給定信號加

46、在端，反饋的電流信號加在UiF端。</p><p>　　圖19 電流調(diào)節(jié)器ACR電路</p><p>　　電流檢測部分采用霍爾傳感器檢測出主回路中的電流，送入電流調(diào)節(jié)器的電流反饋輸入端。通過調(diào)節(jié)電位器R20即可調(diào)節(jié)的值到適當?shù)拇笮?。電流檢測電路如圖20所示。</p><p>　　圖20 電流檢測電路</p><p>　　7.3 PWM脈寬控制

47、電路</p><p>　　如圖21所示為PWM脈寬控制電路，控制電壓Uc控制SG3524輸出兩路帶死區(qū)互補的PWM波，通過控制電壓Uc的大小控制占空比的大小。然后一路PWM波連接U5的HIN和U7的LIN，另一路PWM波其通過SN74LS04反相連接U7的LIN和U5的HIN，這樣就共同通過一片SG3524驅(qū)動兩路半橋電路，實現(xiàn)全橋驅(qū)動。 </p><p>　　圖21 PWM脈寬控制電

48、路</p><p>　　SG3524介紹和電路參數(shù)設(shè)定如下：</p><p>　　SG3524的基準源屬于常規(guī)的串聯(lián)式線性直流穩(wěn)壓電源,它向集成塊內(nèi)部的斜波發(fā)生器、PWM比較器、T型觸發(fā)器等以及通過16腳向外均提供+5V的工作電壓，基準電壓振蕩器先產(chǎn)生0.6V-3.5V的連續(xù)不對稱鋸齒波電壓Vj,再變換成矩形波電壓,送至觸發(fā)器、或非門,并由3腳輸出。</p><p>

49、;　　本設(shè)計采用集成脈寬調(diào)制器SG3524作為脈沖信號發(fā)生的核心元件。根據(jù)主電路中MOSFET的開關(guān)頻率，選擇適當?shù)腞T、CT值即可確定振蕩頻率。振蕩器頻率由SG3524的6腳、7腳外接電容器CT和外接電阻器RT決定,其為:f=1.15/RTCT。</p><p>　　由初始條件知，開關(guān)頻率為10kHz，可以選擇RT=12kΩ ，CT=0.01uF。兩路輸出單獨使用時，輸出脈沖占空比為0%~45%，脈沖頻率為振蕩

50、頻率的一半。兩路輸出并聯(lián)使用才能使輸出脈沖占空比為0%~90%，脈沖頻率為振蕩頻率。</p><p>　　IR2110介紹與電路參數(shù)設(shè)定如下：</p><p>　　MOSFET驅(qū)動采用了集成芯片IR2110，IR2110采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS工藝制作，具有獨立的高端和低端輸出通道；邏輯輸入與標準的CMOS輸出兼容；浮置電源采用自舉電路，其工作電壓可達500V，du/dt=

51、7;50V/ns，在15V下的靜態(tài)功耗僅有1.6mW；輸出的柵極驅(qū)動電壓范圍為10～20V，邏輯電源電壓范圍為5～15V，邏輯電源地電壓偏移范圍為－5V～＋5V。IR2110采用CMOS施密特觸發(fā)輸入，兩路具有滯后欠壓鎖定。</p><p>　　因SG3524振蕩頻率為10KHz，電容C35和C45大小取1uF。且為了防止IR2110驅(qū)動的半橋直通，反相器需有一定的時間裕量，保證同一路IR2110兩互補信號有死區(qū)

52、，在這里用SN74LS14構(gòu)成的反相器可以滿足要求。</p><p><b>　　設(shè)計心得體會</b></p><p>　　通過對PWM脈寬直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，是我更深刻的理解課本所學知識，對雙閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計步驟和設(shè)計過程有了更深入的了解。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，加深了對所學電力拖動自動控制系統(tǒng)課程知識的理解，特別是雙閉環(huán)直流調(diào)

53、速系統(tǒng)的設(shè)計，包括電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計,以及PWM在調(diào)速中的運用和作用。設(shè)計時借助MATLAB軟件進行直流調(diào)速系統(tǒng)分析，進一步熟悉了MATLAB中SIMULINK的仿真，讓我真切的感受到SIMULINK在仿真中的重要性，同時也意識到它對我們自動化專業(yè)學生來說，必須掌握的一門技術(shù)。</p><p>　　在此次課程設(shè)計中，我覺得查閱各類書籍是很重要的，通過查閱圖書館的書籍可以開拓我們的視野，使我們的思維不僅僅局限在一

54、個很小的圈子里，對同一個問題有多種分析思路、解決方法。另外，我認為光靠自己一個人的力量是遠遠不夠的，當自己遇到問題實在解決不了時，可以和同學共同探討，尋找解決辦法。正所謂“三人行，則必有我?guī)煛薄?lt;/p><p>　　總之，這次課程設(shè)計不僅增加了我的知識積累，為將來的畢業(yè)設(shè)計打下了基礎(chǔ)，還讓我懂得自主學習的重要性，還有做什么事情都要有恒心，有信心，動腦子去想，就一定有所收獲，同時，還要勤于動手，只有這樣我們的勞動成

55、果才能更加豐碩。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng). 機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[2] 鄒伯敏. 自動控制理論. 機械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[3] 徐月華，汪仁煌. Matlab在直流調(diào)速設(shè)計中的應(yīng)用.廣東工業(yè)