1、 课程设计说明书课程设计说明书 题目：题目： 双闭环双闭环 PWM 双极式直流调速系统的工双极式直流调速系统的工 程设计及仿真程设计及仿真 姓姓 名：名：X X X 院院 （系） ：（系） ： 电气信息工程学院电气信息工程学院 专业班级：专业班级： 自动化自动化 08-2 学学 号：号： 指导教师：指导教师： X X X 成成 绩：绩： 时间：时间： 2011 年年 12 月月 19 日至日至 2012 年年 01 月月 06 日日 目录 摘要 .1 1 设计分析 .2 1.1 双闭环调速系统的结构图.2 1.2 直流双闭环系统的原理 2 1.3 双闭环调速系统优点3 1.4 转速、电流双闭环
2、控制系统 .5 1.5 PWM 变换器介绍 .8 2 电路设计 . 14 2.1 PWM（双极式）主电路设计 . 14 2.2 双闭环调节器电路设计 . 15 2.2.1 电流调节器 15 2.2.2 转速调节器 16 2.3 信号产生电路 . 16 2.4 IGBT 基极驱动电路原理 18 2.5 基于 EXB841 驱动电路设计 19 2.6 锯齿波信号发生电路 . 20 3 系统参数计算 21 3.1 电流调节器的设计 . 21 3.2 转速调节器的设计 24 4 利用 MATLAB 建模并对所设计的系统进行仿真 . 27 4.1 MATLAB 简要介绍 . 27 4.2 双闭环调速系统
3、仿真模型图 28 5 心得及总结 29 6 参考文献 32 附录 . 33 1 摘要 伺服系统对数控技术、自动化、电气工程及其自动化、机电一体化 等专业是一门很重要的专业技术课。伺服系统的作用是联系数控装置与 被控设备的中间环节，起着传递指令信息和反馈设备运行状态信息的桥 梁作用。 在当代工业上 PWM 控制调速系统已经被广泛地应用，其优点还是日 益突现，而带有双闭环的调速系统更是受到广泛欢迎。在本次设计中， 为了使调速达到高精度、高准度的要求，我使用了电流调节器和转速调 节器，以此来组成双闭环，电流环为内环，转速环为外环。这样的设计 能够达到任务要求的静态指标和动态指标。特别是把此两环校正为
4、典型 型和典型型后的性能指标更是达到了要求。本次设计中的电流调节 器和电压调节器都是使用 PI 调节器，PI 调节器是由运放和各种电子元 器件组成的，由于本次设计时间有限所以就没有把相应的参数给调出来 了。 关键词关键词 PWM，调速系统，电压调节器，电流调节器，直流调速，双闭环，双极 式，SG3524，直流电 2 1 设计分析 1.1 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
5、 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。 图 1 双闭环调速系统的结构图 1.2 直流双闭环系统的原理 ASR （速度调节器） 根据速度指令 Un*和速度反馈 Un的偏差 进行调节， 其输出是电流指令的给定信号 Ui*（对于直流电动机来 说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。 3 ACR(电流调节器)根据 Ui *和电流反馈 U i的偏差进行调节， 其输出是 UPE（功率变换器件的）的控制信号 Uc。进而调节 UPE 的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变 后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着
6、变化，由 Te-TL=Jdn/dt，只要 Te 与 TL 不相等转速会相应的变化。整个过 程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变后，达 到稳定。 1.3 双闭环调速系统优点 一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发 挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加 速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与 负载转矩平衡， 进入稳定运行状态 1。 这种理想的起动过程如图 2 所示。为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持 在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，只要 引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程，起动过程 中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈； 稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以 转速负反馈为主。采用转速、电流双闭环控制系统。如图 3 所示。 4 图 2 理想启动过程 MASRACR G n GTV TA L * n U n U n U * i U i U i
