双极式PWM直流电机..doc

郑州轻工业学院 本科课程设计（论文） 题 目 ____________________ ____________________ 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师(职称) 完成时间 2014年02月24日 基于微控制器的PWM(双极式)直流调速系统设计 摘 要 本文主要研究了利用MCS-52系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。本文中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词 PWM信号/测速发电机/PI运算/直流电动机 1 绪论 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。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PWM 变换器主电路系采用MOSFET 所构成的H 型结构形式，它由四个功率MOSFET管和四个续流二极管组成的双极式PWM 可逆变换器，根据脉冲占空比的不同，在直流电机上可得到+或-的直流电压。PWM变换器的作用是：用PWM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系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。TG 是与直流电动机连动的测速发电机，经过速度变换器FBS后可获得一反映转速变化的速度反馈信号，此信号接入速度调节器ASR 的反馈输入端，G为电压给定器，可提供正、负电压，电压大小可以调节。SG3525 为脉宽调制器。R1、C1、VD1、R2、C2、VD2 构成逻辑延时环节。 二极管整流桥把输入的交流电变为直流电，正常情况下，交流输入为380V，经过整流后变为220V直流电，电阻R1为起动限流电阻,在VT1 和VT4的源极回路中，串接两个取样电阻，其上的电压分别反映流过VT2、VT4的电流,经过差分放大输出一反映电流大小的电压，可作为双闭环系统的电流反馈信号，接到电流调节器ACR的输入端。回路中的电阻R2 有两个作用。第一，可以用来观察波形,其上的电压波形反映了主回路的电流波形。第二，作为过流保护用。当R2的电压超过整定值后，过流保护电路动作，关闭脉冲，从而保护功率MOSFET管 3电流调节器和转速调节器的设计 3.1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。 图1 双闭环调速系统的结构设置电流调节器是为了充分的利用电机允许的过载能力，在系统暂态过程中，始终保持电流为允许的最大值，使系统尽可能用最大的加速度启动，制动，缩短调节时间，保证系统具有良好的快速响应的性能。当到达稳态时，又让电流立即降低下来。本系统中的电流调节器采用PI调节器，这是因为PI调节器的比例部分可以提高系统的快速性，积分部分可以消除电流静差，是系统具有良好的动、静态品质。电流调节器处于双闭环的内环中，此内环是一个随动系统，在转速调节过程中，电流调节器的给定值随着转速调节器的输出值改变而改变。由于运放的饱和原因，转速调节器的输出值不能无限制的增长，所以当电机过载甚至堵转时，就可以通过调节转速调节器的输出限幅值来限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全保护作用。如果故障消失，系统能够自动回复正常。此外电流环对电网电压起及时抗扰作用，以滤平电流检测信号为准。为了平衡反馈信号的延迟，在给定通道上加入同样的给定滤波环节，使二者在时