直流脉宽调速系统设计_毕业设计.doc

作品名称： 直流脉宽调速系统设计 计 所属学院： 电气工程学院 电 摘要 本文针对直流电动机调速系统的要求，设计了一款基于DSP的直流脉宽调速系统。详细推导了直流电机的数学模型。对系统内各环节进行了数学模型的建立，阐述了数字式控制系统整体方案，解决了PWM发生、电机电流检测、转速检测、功率隔离等关键技术问题。并推导了带死区和积分饱和修正的PID控制算法。 本文基于仿真软件PSIM对系统进行了仿真，验证了系统设计的可行性和参数设计的合理性。最终确定了最优的仿真参数，对硬件设计提供参考。 构建了基于TMS320F2812的直流电机调速系统的硬件平台。设计完成了TMS320F2812最小系统硬件电路、功率MOSFETH桥驱动电路、光耦隔离电路、霍尔电流采集处理电路、交流电机测速电路、温度监测电路、故障保护电路。对各部分电路进行了详尽的阐述。在CCS3.3环境下进行了系统程序设计。编写了包括PWM发生、信号AD转换、改进的PID控制算法、按键控制、LCD液晶显示等完整程序。 最后，以54V，125W直流电动机进行了实验，用示波器观察了系统中的关键波形。对系统设计的正确性、可靠性等进行了验证。对基于工程设计法完成的PID参数进行了改进。 关键词　直流电动机;PWM调速;DSP;数字控制;PSIM 目 录 摘要 X 第1章 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 研究现状 3 1.3 转速、电流双闭环控制全数字化 4 1.4 本课题研究内容 4 第2章 直流脉宽调速原理 6 2.1 直流电动机调速原理 6 2.2 直流电动机单极性驱动可逆PWM系统 9 2.3 直流电动机双极性驱动可逆PWM系统 12 2.4 本章小结 14 第3章 系统硬件设计 15 3.1 系统硬件电路构成 15 3.2 DSP芯片外围电路设计 16 3.3 功率板电路设计 18 3.3.1 功率板控制部分电路设计 18 3.3.2功率板控制部分电路设计 21 3.3.3 故障保护电路设计 24 3.3.4 功率电路设计 26 3.4 硬件可靠性设计 28 3.5 PCB实物展示 30 3.6 本章小结 31 第4章 控制策略 32 4.1 PID控制器简介 32 4.1.1 PID控制算法特点 32 4.1.2 PID控制器结构和原理 33 4.2 双闭环控制器简介 34 4.3 PID控制算法的数字化 35 4.3.1 PID控制算法数字化 35 4.3.2 数字式PID控制算法的实现过程 36 4.3.3 数字PID参数整定 37 4.4 本章小结 40 第5章 控制系统软件设计 41 5.1 软件设计思想 41 5.2 控制系统主程序设计 43 5.3 各功能模块程序设计 44 5.3.1 系统初始化程序模块 45 5.3.2 PWM驱动模块 45 5.3.3 ADC模块 46 5.3.4 ADC校准及模拟采样信号的数字滤波 46 5.3.5 PID算法模块 48 5.5 本章小结 51 第6章 仿真及实验结果 52 6.1 系统实际参数 52 6.2 基于PSIM环境下的系统仿真 53 6.2.1 PSIM环境下的原理图 53 6.2.2 PSIM环境下的仿真结果分析 53 6.4 控制系统实验结果及分析 57 6.4.1 实验系统简介 57 6.4.2 实验结果记录及分析 58 6.5 本章小结 59 结论 60 参考文献 61 第1章 绪论 1.1 课题背景 电动机是一种将电能转换为机械能的电磁机械装置，主要用来驱动各种功能用途的生产装置和机械，以满足各种场合的驱动要求。 电动机作为一种动力设备，广泛应用于各种机械场合，如冶金行业的转炉、轧钢机和高炉等，交通运输业的电动自行车、电动汽车和电动机车等；采矿业中的鼓风设备、起吊设备、采掘设备等；农业中的灌溉、农产品加工等；以及家用中洗衣机、空调和冰箱。可以说电动机涉及人们生产生活的各行各业。 根据供电电源的不同，电动机可以分为直流电动机和交流电动机。交流电动机又可分为交流感应电动机和交流异步电动机。纵观电动机的发展史，可以大致分为三个时期：（1）直流电动机的产生时期；（2）交流电动机产生时期；（3）电机设计制造工艺和理论研究基本完善的时期。 直流电动机问世早，电动机发展的初期主要是直流电动机的发展时期。在19世纪中叶后，由于在生产（如：电镀、电报、电动机电源、电解等）上的需要，直流电动机得到了充分的改进和发展。到1870年，鼓形电枢绕组提出，并一直沿用至今，这是直流电动机的又一次较大的发展。但是到1882年，人们认识到直流远距离输电的弱点，及随着装机