微机控制直流电机双环调速系统的硬件设计..doc

课程结业论文 微机控制PWM直流双环调速系统设计 （题目5） 课程名称：电力拖动与自动控制系统 任课教师：李敏 所在学院：信息技术学院 专 业：电气工程及其自动化 班　　级：09级电气3班 学生姓名：岳之栋 学　　号：20094073347 中国·大庆 2012 年 7 月 摘 要 本文给出的PWM一GTR双环直流调速系统,具有速度响应快、控制方便、调试容易等特点。文中着重阐述系统和功放电路的工作原理、数字脉宽调制器的硬件电路、软件设计方法,井给出实验结果。 关健词: 脉宽调制；计算机控制，调速;功率晶体管。 在采用由脉宽调制(PWM)控制功率晶体管(GTR)所组成的直流伺服系统和直流调速系统(简称PWM一GTR直流调速系统)中,由于功率晶体管是全控式的且开关频率高(1~10KHz)因此使PWM一GTR直流调速系统比之晶闸管直流调速系统具有失控时间小,动态性能好,调速范围宽(可达6000~10000),需用的功率器件少,效率高,交流电源侧功率因数好等一系列优点。因此,自70年代后期,国外在直流伺服系统上开始使用带晶体管的脉宽调制放大器(PWM)以来,PWM一GTR直流系统在国外得到迅猛的发展.尤其在中、小功率方面大有取代晶闸管直流系统(KZ一D系统)之势。在国内近年来也已引起重视,有不少单位开展了对这种新型调速系统的研究,并取得了成果。不难看出,随着国内功率电子器件的容量和质量的提高,这种新型的调速系统必将得到越来越广泛的应用。 1系统的基本结构和工作原理 本系统的方框图如图1所示，系统的电流环和速度环的PJ校正以及脉宽调制器均用TP8ol单板机来实现。 系统以负反馈原理,按给定通道的数字量与反馈通道的数字量之间的偏差进行自动调节。图中,给定电压(0~SV)、转速负反馈电压(经电平转换成。~SV)、电流负反馈电压经滤波后均由ADC0809蕊片转换成8位BCD码形式的数字量,经采样后进入微机。首先速度环的转速给定数字量U,与转速反馈数字量U了。在微机内进行比较,若它们不等,就产生8位数字量的偏差信号。此偏差信号经数字PI校正后成为电流环的数字给定信号U,再与定时采样得到的 电流数字反馈信号U了‘比较,得到第二次偏差 图1系统方框图 信号。再对此偏差信号进行数字PI运算(即电流环PI校正),便形成控制信规Pk 最后对Pk进行脉宽控制算法而产生与Pk相应的时间常数Tk去控制脉宽调制器,达到控制脉宽调制信号的目的。此脉宽调制信号经延时一光隔保护环节,PWM功放环节去推动直流电动机的转速,直到反馈数字量等于给定数字量时,系统才处于新的稳定状态。系统中延时保护环节的作用是防止PWM功放电路中同一侧桥臂上的两个大功率晶体管同时导通,造成电源短路而烧毁晶休管。加入PI串联校正的目的是为了改善系统的稳态精度和动态品质指标。滤波环节的加入是为了平滑反馈信号波纹,以提高A/D转换的质量。而电平转换环节的加入是为了能反映极性,满足可逆控制的需要。 2系统主要组成环节 2.1脉宽调制(PWM)的驱动和功率放大电路 可逆PWM变换器的功放电路有H型和T型两种结构,本系统采用H型电路,其具体线路如图2所示。 H型PWM晶体管功率放大器(又称斩波器)是由工作在开关状态的四个功率晶体管T1～T4和四个续流二极管D1～D4‘组成的一个桥式电路,将电机接在两桥臂之间。加入D1～D4刀‘是为了使电机电枢上的电磁能量及时通过它们释放掉,保护大功率晶体管,同时也为电机处于发电回馈制动时提供逆变通道。续流二极管的开关时间要小于大功率晶体管的开关时间。 由于拖动电机的参数为Pe=600W,Ue=220V,Ie=3.4A,所以从光电隔离器过 来的控制信号须先经由T11,T12、T5、T8组成的左边驱动电路,或经由T9、T10、 T7及T8组成的右边驱动电路放大后,才能推动大功率晶体管。 其工作原理简述如下:两个输入端的脉冲控制信号要严格保持反相,即。Ub1=-Ub3。T1、T4与T2、T3交替导通。当Ub1为低电平,Ub2为高电平时,则T11截止, 图2PWM驱动和功放电路 T12导通,推动T5、T8导通,于是T1、T4饱和导通,PWM斩波器输出电压UAB为 正。一旦Ub1信号变高,则T12、T5、T8、T1和T4延时一段时间(退饱和时间)后进入截止状态。此时若Ub2为低电平,则T2、T3饱和导通,输出UAB,为负。其波形 图3所示。由图可知,当T1=T/2(t1-T1、T4导通时间;T一脉冲周期)时,即T1、T4与T2、T3导通时间相等,输出电压UAB正、负半波相等,其平均值UAB=0,电枢电流平均值I0=0,电机不转〔见图3(a)〕;当tT/2时,UAB0,Ia为正〔见图3(b)电流由电源十Us经T1电枢T4、