PWM运动控制课程设计报告

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1、1 摘摘 要要 速度对任何一个运动体来说都是一个至关重要的物理量， 如何快速方便地进 行速度调节是我们一直需要探索的问题。 这份课程设计采用的是直流 PWM 调速双 闭环控制系统，该调速系统是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制 晶体管栅极或基极的偏置， 来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的 改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理 器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM 控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术 最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没 有了学科之间的界限

2、， 结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技成为 PWM 控 制技术发展的主要方向之一。 这份课程设计对于 PWM 设计的各个方面进行了简要 阐述，并进行了 Proteus 仿真以及 Matlab 中的 Simulink 仿真，去的了较好的结 果。 关键词：PWM 调速；Proteus 仿真；Matlab ；双闭环 运动控制课程设计 第 2 页 共 23 页 目目 录录 1 绪论. 3 2 设计总要求. 4 2.1 设计已知参数. 4 2.2 设计具体要求. 4 3 控制电路设计. 4 3.1 直流调速系统控制方案的选择. 4 3.2 电流环设计 5 3.2.1 电流调节器的设计 6 3.3

3、转速调节器 7 4 主电路设计. 8 4.1 PWM 调速系统主电路形式选择. 8 4.1.1 T 型 PWM 变换器电路 8 4.1.2 H 型 PWM 变换器电路 9 4.2 PWM 调速系统开关电路形式选择 13 4.3 H 型双极性逆变器的驱动分析 14 5 频率电压转换设计 . 17 6 脉冲分配及功率放大电路设计 . 17 7 PI 调节器设计. 18 8 三角波发生器设计 . 19 9 Matlab 仿真结果. 20 10 设计总结 21 参考文献. 23 运动控制课程设计 第 3 页 共 23 页 1 绪论绪论 转速是机械运动里面的一个至关重要的物理量， 如何更好更快捷方便的调

4、节 速度是人们长期以来一直探索的重要方向。与交流调速系统相比，由于直流调速 系统的调速精度高，调速范围广，变流装置控制简单，长期以来在调速传动中占 统治地位。在要求调速性能较高的场合，一般都采用直流电气传动。目前，通过 对电动机的控制， 将电能转换为机械能进而控制工作机械按给定的运动规律运行 且使之满足特定要求的新型电气传动自动化技术已广泛应用于国民经济的各个 领域。 近几十年来，直流电机传动经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新 换代， 以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置 使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型 化、 高可靠性及

5、低成本。 以上技术的应用， 使直流调速系统的性能指标大幅提高， 应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标 准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。由于直流电气 传动技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，应用相当普遍，尤其是全数字直 流系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。 运动控制课程设计 第 4 页 共 23 页 2 设计总要求设计总要求 2.1 设计已知参数设计已知参数 本次课程设计所使用的电机为他励式直流伺服电动机，其电机参数为： ， L=0.0085H。系统运动部分飞轮转矩相应的机电时间常数，测速发电 机的反馈系数=0.0117

6、8V.min/r，电流反馈系数， 2.2 设计具体要求设计具体要求 利用 MATLAB 仿真环境进行控制方案仿真设计，仿真后系统性能指标为： 1) 单位阶跃响应的超调量小于 27%； 2) 单位阶跃响应的调整时间小于 0.06s； 3) 闭环带宽不小于 16Hz 3 控制电路设计控制电路设计 3.1 直流调速系统控制方案的选择直流调速系统控制方案的选择 1方案一、单闭环控制系统结构框图 2方案二、双闭环直流调速系统结构框图 给定电压 放大器 整流触发装置 电动机 负载 速度检测 运动控制课程设计 第 5 页 共 23 页 由系统结构框图知，方案二中采用双闭环转速电流调节方法，相比较于单闭 环系统多了一个电流检测反馈，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能， 保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启 动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速 负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节， 又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程， 很好 的满足了