本科毕业设计论文
双闭环可逆直流脉宽调速系统的
设计和仿真
学生姓名：
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指导教师：
所在单位：电气工程学院
答辩日期： 2007年6月25日
摘要
直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计,并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行.
关键词直流电机直流调速系统速度调节器电流调节器双闭环系统仿真
Abstract
DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth control in a wide range, besides its control performance is excellent. Beginning with the theory of DC motor, this dissertation builts up the mathematic model of DC speed control system with double closed loops, detailedly discusses the static and dynamic state performance of the system. Afterward, according to automation theroy this papar calculates the parameters of the system. Then, this dissertation simulates and analyzes the system by means of Simulink. The results of simulation are consistent with theory calculation. Some experience was acquired through simulation. Based on the theory and simulation, this dissertation designs a DC speed control system with double closed loops, discusses the realization of main circuit, feedback circuit, control circuit and trigger circuit. The results of experiment show that the static and dynamic state performance of this system are good, which indicate that the design can meet the https://www.doczj.com/doc/a75028291.html,puter-aided analysis and design are carried out for speed-controlling system of the d-c motorby by using TOOL BOX and SIMULINK. Keywords: DC motor,DC governing system,speed governor,current governor,double loop control system,simulink
目录
摘要............................................................. I Abstract ......................................................... II 第一章绪论. (1)
1.1 直流调速概念 (1)
1.2 直流调速系统的发展史 (1)
1.3 研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (2)
1.4 本文的研究内容 (3)
第二章直流调速系统 (4)
2.1 直流调速系统的调速原理及性能指标 (4)
2.1.1 直流调速系统的调速原理 (4)
2.1.2 直流调速系统的性能指标 (4)
2.1.3 动态性能指标 (6)
2.2 电流、转速双闭环直流调速系统的理论分析 (7)
2.2.1 双闭环调速的工作过程和原理 (7)
2.2.2 双闭环直流调速系统的组成及其静特性 (8)
2.3 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 (11)
2.3.1 双闭环直流调速系统的数学模型的建立 (11)
2.3.2 起动过程分析 (11)
2.3.3 动态抗干扰性分析 (15)
2.4 调节器的工程设计方法 (15)
2.4.1 PI调节器 (15)
2.4.2 调节器的设计方法 (16)
2.4.3Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 (16)
2.4.4 转速-电流调节器结构的确定 (17)
2.5 电流环、速度环的设计 (18)
2.5.1 转速调节器、电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用 (18)
2.5.2 调节器的具体设计 (18)
第三章 PWM脉宽调制 (22)
3.1 PWM基本介绍 (22)
3.2 脉宽调制变换器 (22)
3.3 桥式可逆PWM变换器 (23)
第四章直流电动机数学模型的建立 (26)
4.1 数学模型的建立 (26)
4.1.1 写出平衡方程式、拉普拉斯变换 (26)
4.1.2 动态结构图 (27)
4.2 本设计中电动机部分的数据采集和计算 (31)
第五章双闭环直流调速系统仿真 (33)
5.1 MATLAB简介 (33)
5.2 双闭环调速系统的仿真 (33)
结论 (36)
致谢 (37)
参考文献 (38)
附录 (39)
第一章绪论
1.1 直流调速概念
直流调速[1]是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。
1.2 直流调速系统的发展史
直流传动具有良好的调速特性和转矩控制性能，在工业生产中应用较早并沿用至今。早期直流传动采用有接点控制，通过开关设备切换直流电动机电枢或磁场回路电阻实现有级调速。1930年以后出现电机放大器控制的旋转交流机组供电给直流电动机（由交流电动机M和直流发电机G构成，简称G—M系统），以后又出现了磁放大器和汞弧整流器供电等，实现了直流传动的无接点控制。其特点是利用了直流电动机的转速与输入电压有着简单的比例关系的原理，通过调节直流发电机的励磁电流或汞弧整流器的触发相位来获得可变的直流电压供给直流电动机，从而方便地实现调速。但这种调速方法后来被晶闸管可控整流器供电的直流调速系统所取代，至今已不再使用。1957年晶闸管问世后，采用晶闸管相控装置的可变直流电源一直在直流传动中占主导地位。由于电力电子技术与器件的进步和晶闸管系统具有的良好动态性能，使直流调速系统的快速性、可靠性和经济性不断提高，在20世纪相当长的一段时间内成为调速传动的主流。今天正在逐步推广应用的微机控制的全数字直流调速系统具有高精度、宽范围的调速控制，代表着直流电气传动的发展方向。直流传动之所以经历多年发展仍在工业生产中得到广泛应用，关键在于它能以简单的手段达到较高的性能指标。例如高精度稳速系统的稳速精度达数十万分之一，宽调速系统的调速比达1：10000以上，快速响应系统的响应时间已缩短到几毫秒以下。
在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术一直是研究的热点。
长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。直流电动机具有良好的运行和控制特性，长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位，其中，双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备，它具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在拖动领域中发挥着极其重要的作用。
自19世纪80年代起至19世纪末以前，工业上传动所用的电动机一直以直流电动机为唯一方式。到了19世纪末，出现了三相电源和结构简单，坚固耐用的交流笼型电动机以后，交流电动机传动在不调速的场合才代替了直流电动机传动装置。然而，随着生产的不断发展，调速对变速传动装置是一项基本的要求，
现代应用的许多变速传动系统，在满足一定的调速范围和连续（无级）调速的同时，还必须具有持续的稳定性和良好的瞬态性能。虽然直流电动机可以满足这些要求，但由于直流电动机在容量、体积、重量、成本、制造和运行维护方面都不及交流电动机，所以长期以来人们一直渴望开发出交流调速电动机代替直流电动机。从60年代起，国外对交流电动机调速已开始重视。随着电力电子学与电子技术的发展，特别是电力半导体器件的发展，使得采用半导体变流技术的交流调速系统得以实现。尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，为交流电力拖动系统的发展创造了有利条件，促进了各种类型交流调速系统：如串级调速系统，变频调速系统，无换向器电动机调速系统以及矢量控制调速系统等的飞速发展。目前交流电力拖动系统已具备了较宽的调速范围，较高的稳速精度，较快的动态响应，较高的工作效率以及可以四象限运行和制动，其静特性已可以与直流电动机拖动系统相媲美。国际上许多国家交流电力拖动系统已进入工业实用化阶段，大有取代直流电力拖动系统的势头。
但就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。直流电动机可逆调速系统数字化已经走向实用化，其主要特点是：(1) 常规的晶闸管直流调速系统中大量硬件可用软件代替，从而简化系统结构，减少了电子元件虚焊、接触不良和漂移等引起的一些故障，而且维修方便；(2) 动态参数调整方便；(3) 系统可以方便的设计监控、故障自诊断、故障自动复原程序，以提高系统的可靠性；(4) 可采用数字滤波来提高系统的抗干扰性能；(5) 可采用数字反馈来提高系统的精度；(6) 容易与上一级计算机交换信息；(7) 具有信息存储、数据通信的功能；(8) 成本较低。而且，直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，又是交流调速系统的基础，因此，应首先着重研究直流调速系统，这样才可以在掌握调速系统的基本理论下更好的对交流调速系统进行研究和探索[1]。
1.3 研究双闭环直流调速系统的目的和意义
转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统, 采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。首先，应掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本组成及其静特性；然后，在建立该系统动态数学模型的基础上，从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用；第三，研究一般调节器的工程设计方法，和经典控制理论的动态校正方法相比，得出该设计方法的优点，即计算简便、应用方便、容易掌握；第四，应用工程设计方法解决双闭环调速系统中两个调节器的设计问题，等等。
通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个生产领域。
1.4 本文的研究内容
本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。
本文的主要工作：
1.掌握电机传动的工作原理及应用；
2.设计调速系统；
主要内容包括：触发电路设计；电流调节器设计；转速调节器设计。
3.建立数学模型，计算其参数；
4.进行数字仿真，验证其设计；
5.完成相关实验。
第二章 直流调速系统
2.1 直流调速系统的调速原理及性能指标
2.1.1 直流调速系统的调速原理
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广范围内平滑调速，所以由晶
闸管—直流电动机(V —M)组成的直流调速系统是目前应用较普遍的一种电力传
动自动化控制系统。它在理论上实践上都比较成熟，而且从闭环控制的角度看，
它又是交流调速系统的基础[1，6]。
从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位
置随动系统（伺服系统）、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各
种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此，调速系统是最基本的电力拖动控
制系统。直流电动机的转速和其它参量的关系和用式（2—1）表示
Φ-=e K IR
U n （2—1）
式中 n ——电动机转速；
U ——电枢供电电压；
I ——电枢电流；
R ——电枢回路总电阻，单位为Ω
e K ——由电机机构决定的电势系数。
在上式中， e K 是常数，电流I 是由负载决定的，因此，调节电动机的转速
可以有三种方法：
（1）调节电枢供电电压U ；
（2） 减弱励磁磁通Φ；
（3） 改变电枢回路电阻R 。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方
式最好。改变电阻只能实现有级调速；减弱励磁磁通虽然能够平滑调速，但调速
的范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上做小范围的弱磁
升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以改变电压调速为主。
2.1.2 直流调速系统的性能指标
根据各类典型生产机械对调速系统提出的要求，一般可以概括为静态和动态
调速指标。静态调速指标要求电力传动自动控制系统能在最高转速和最低转速范
围内调节转速，并且要求在不同转速下工作时，速度稳定；动态调速指标要求系
统启动、制动快而平稳，并且具有良好的抗扰动能力。抗扰动性是指系统稳定在 某一转速上运行时，应尽量不受负载变化以及电源电压波动等因素的影响[1，6]。
一、静态性能指标
1）．调速范围
生产机械要求电动机在额定负载运行时，提供的最高转速max n 与最低转速
min n 之比，称为调速范围，用符号D 表示
min max
n n D = （2—2）
2）．静差率
静差率是用来表示负载转矩变化时，转速变化的程度，用系数s 来表示。具
体是指电动机稳定工作时，在一条机械特性线上，电动机的负载由理想空载增加
到额定值时，对应的转速降落ed n ?与理想空载转速0n 之比，用百分数表示为
%100%100000?-=??=
n n n n n s ed ed （2—3）
显然，机械特性硬度越大，机械特性硬度越大，ed n ?越小，静差率就越小，
转速的稳定度就越高。
然而静差率和机械特性硬度又是有区别的。两条相互平行的直线性机械特性
的静差率是不同的。对于图2—1中的线1和线2，它们有相同的转速降落
1ed n ?=2ed n ?，但由于0102n n <，因此12s s >。这表明平行机械特性低速时静差率
较大，转速的相对稳定性就越差。在1000r/min 时降落10r/min ，只占1%；在
100r/min 时也降落10r/min ，就占10%；如果0n 只有10r/min ，再降落10r/min 时，
电动机就停止转动，转速全都降落完了。
由图2—1可见，对一个调速系统来说，如果能满足最低转速运行的静差率
s ，那么，其它转速的静差率也必然都能满足。
图2—1
事实上，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有
意义。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所提静差率要求的转
速可调范围。脱离了对静差率的要求。任何调速系统都可以得到极高的调速范围；
反过来，脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了。
2.1.3 动态性能指标
生产工艺对控制系统动态性能的要求经折算和量化后可以表达为动态性能
指标。自动控制系统的动态性能指标包括对给定信号的跟随性能指标和对扰动输
入信号的抗扰性能指标。
一、跟随性能指标
在给定信号（或称参考输入信号）R(t)的作用下，系统输出量C(t)的变化情
况可用跟随性能指标来描述。当给定信号表示方式不同时，输出响应也不一样。
通常以输出量的初始值为零，给定信号阶跃变化下的过渡过程作为典型的跟随过
程，这时的动态响应又称为阶跃响应。一般希望在阶跃响应中输出量c(t)与其稳
态值∞c 的偏差越小越好，达到∞c 的时间越快越好。常用的阶跃响应跟随性能指
标有上升时间，超调量和调节时间：
1）上升时间r t
在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值∞c 所经
过的时间称为上升时间，它表示动态响应的快速性，见图2—2。
图2—2
2）超调量%σ
在典型的阶跃响应跟随系统中，输出量超出稳态值的最大偏离量与稳态值
之比，用百分数表示，叫做超调量：
%100%max ?-=
∞∞c c c σ （2—4）
超调量反映系统的相对稳定性。超调量越小，则相对稳定性越好，即动态
响应比较平稳。
3）调节时间s t
调节时间又称过渡过程时间，它衡量系统整个调节过程的快慢。原则上它
应该是从给定量阶跃变化起到输出量完全稳定下来为止的时间。对于线性控制系
统来说，理论上要到∞=t 才真正稳定，但是实际系统由于存在非线性等因素并
不是这样。因此，一般在阶跃响应曲线的稳态值附近，取()%2%5±±或的范围
作为允许误差带，以响应曲线达到并不再超出该误差带所需的最短时间定义为调
节时间，可见图2—2。
二、抗扰性能指标
一般是以系统稳定运行中，突加负载的阶跃扰动后的动态过程作为典型的抗
扰过程，并由此定义抗扰动态性能指标，可见图2—3。常用的抗扰性能指标为
动态降落和恢复时间：
1）动态降落%max c ?
系统稳定运行时，突加一定数值的扰动（如额定负载扰动）后引起转速的
最大降落值%max c ?叫做动态降落，用输出量原稳态值1∞c 的百分数来表示。输出
量在动态降落后逐渐恢复，达到新的稳态值()212,∞∞∞-c c c 是系统在该扰动作用
下的稳态降落。动态降落一般都大于稳态降落（即静差）。调速系统突加额定负
载扰动时的动态降落称作动态降落%max n ?。
2）恢复时间f t
从阶跃扰动作用开始，到输出量基本上恢复稳态，距新稳态值2∞c 之差进
入某基准量b c 的()%2%5±±或范围之内所需的时间，定义为恢复时间f t ，其中b
c 称为抗扰指标中输出量的基准值。
实际系统中对于各种动态指标的要求各有不同，要根据生产机械的具体要
求而定。一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主。
图2—3
2.2 电流、转速双闭环直流调速系统的理论分析
2.2.1 双闭环调速的工作过程和原理
双闭环调速系统的工作过程和原理: 电动机在启动阶段,电动机的实际转速
(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号,经放大后输出的电压
保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定
值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流
电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加
速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来
改变。在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近
于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。对负载引起
的转速波动,速度调节器输入端产生的偏差信号将随时通过速度调节器、电流调
节器来修正触发器的移相电压,使整流桥输出的直流电压相应变化,从而校正和补
偿电动机的转速偏差。另外电流调节器的小时间常数, 还能够对因电网波动引起
的电动机电枢电流的变化进行快速调节,可以在电动机转速还未来得及发生改变
时,迅速使电流恢复到原来值,从而使速度更好地稳定于某一转速下运行[1，5，，6，8]。
2.2.2 双闭环直流调速系统的组成及其静特性
一、双闭环直流调速系统的组成
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，
分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行嵌套
连接，如图2—4所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流
调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。从闭环结构上看，电流环在里面，
称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
图2—4 转速、电流双闭环直流调速系统
其中：ASR-转速调节器 ACR-电流调节器 TG-测速发电机 TA-电流互感器
UPE-电力电子变换器 *Un -转速给定电压 Un-转速反馈电压 *Ui -电流给定电压
Ui -电流反馈电压
二、 双闭环直流调速系统的静特性分析
图2—5 双闭环直流调速系统的稳态结构框图
分析静特性的关键是掌握PI 调节器的稳态特征，一般使存在两种状况：饱
和—输出达到限幅值，不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒
值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，换
句话说，饱和的 调节器暂时隔断了输入和输出的联系，相当于使该调节环开环。
当调节器不饱和时，PI 的作用使输入偏差电压ΔU 在稳态时总为零。
实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于
静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况[1，5，，6，8]。
1．转速调节器不饱和
这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，因此，
*Un = Un =n ?α=0n ?α
*Ui = Ui =d I ?β
由第一个关系式可得：n=α*n
U =0n
从而得到图2-5所示静特性曲线的CA 段。与此同时，由于ASR 不饱和，
*Ui <*im U 可知d I 到d I =dm I 。而dm I ，一般都是大于额定电流dn I 的。这就是静特性的运行段，它 是一条水平的特性。 2．转速调节器饱和 这时，ASR 输出达到限幅值*im U ，转速外环呈开环状态，转速的变化对系 统不再产生影响。双闭环系统变成了一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳 态时： d I =β*im U =dm I 其中，最大电流dm I 取决于电动机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加 速度，由上式可得静特性的AB 段，它是一条垂直的特性。这样是下垂特性只适 合于0n n ?的情况，因为如果0n n ?,则*n n U U ?,ASR 将退出饱和状态. 双闭环调速系统的静特性在负载电流小于dm I 时表现为转速无静差,这 时,转速负反馈起主要的调节作用,但负载电流达到dm I 时,对应于转速调节器的饱 和输出*im U ,这时,电流调节器起主要调节作用,系统表现为电流无静差,得到过电 流的自动保护.这就是采用了两个PI 调节器分别形成内、外两个闭环的效果。然 而，实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大，因此，静特性的两段实际 上都略有很小的静差，见图2—6中虚线。 图2—6 双闭环直流调速系统的静特性 三、 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 由双闭环直流调速系统的稳态结构图可知，双闭环调速系统在稳态工作时， 当两个调节器都不饱和时，各变量之间有以下关系： *Un =Un =n ?α=0n ?α *i U =i U =d I ?β=dl I ?β c U =s d K U 0=s d e K R I n C ?+?=s dl n e K R I U C ?+?α 上述关系表明，在稳态工作点上，转速n 是由给定电压*Un 决定，ASR 的输 出量*i U 是由负载电流dl I 决定的，而控制电压c U 的大小则同时取决 于n 和d I ，或者说，同时取决于 *Un 和dl I 。PI 调节器输出量在动态过程中决定 于输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关，而是由它 后面环节的需要决定的。后面需要PI 调节器提供多么大的输出值，它就能提供 多少，直到饱和为止。鉴于这一特点，双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环 有静差系统完全不同，而是和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给 定与反馈值计算有关的反馈系数。 转速反馈系数：α= *nm U /max n ; 电流反馈系数：β= *im U /dm I ; 两个给定电压的最大值*nm U 、*im U 由设计者给定，受运算放大器允许输入电 压和稳压电源的限制。 2.3 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分 析 2.3.1 双闭环直流调速系统的数学模型的建立 双闭环直流调速系统数学模型的建立涉及到可控硅触发器和整流器的相关 内容，这里仅作简单介绍，具体的内容将在第三章内加以说明。全控式整流在稳 态下，触发器控制电压Uct 与整流输出电压Ua0的关系为： )cos(cos 220ct a KU AU AU U ==α 其中：A---整流器系数；2U ---整流器输入交流电压；α ---整流器触发角； ct U ---触发器移项控制电压；K---触发器移项控制斜率； 整流与触发关系为余弦，工程中近似用线性环节代替触发与放大环节，放大 系数为：K=ct a U U /0。 绘制双闭环直流调速系统的动态结构框图如下： 图2—7 双闭环直流调速系统的动态结构框图 2.3.2 起动过程分析 双闭环直流调速系统突加给定电压gn U 由静止状态起动时，转速调节器输出 电压gi U 、电流调节器输出电压k U 、可控整流器输出电压d U 、电动机电枢电流a I 和转速n 的动态响应波形过程如图2—8所示。由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ三个阶段。 第一阶段是电流上升阶段。当突加给定电压gn U 时，由于电动机的机电惯性 较大，电动机还来不及转动（n=0），转速负反馈电压0=fn U ，这时， fn gn n U U U -=?很大，使ASR 的输出突增为gio U ，ACR 的输出为ko U ，可控整 流器的输出为do U ，使电枢电流a I 迅速增加。当增加到L a I I ≥（负载电流）时， 电动机开始转动，以后转速调节器ASR 的输出很快达到限幅值gim U ，从而使电 枢电流达到所对应的最大值am I （在这过程中d k U U ,的下降是由于电流负反馈所 引起的），到这时电流负反馈电压与ACR 的给定电压基本上是相等的，即 am fi gim I U U β=≈ 式中，β——电流反馈系数。 速度调节器ASR 的输出限幅值正是按这个要求来整定的。 第二阶段是恒流升速阶段。从电流升到最大值am I 开始，到转速升到给定值 为止，这是启动过程的主要阶段，在这个阶段中，ASR 一直是饱和的，转速负 反馈不起调节作用，转速环相当于开环状态，系统表现为恒流调节。由于电流a I 保持恒定值am I ，即系统的加速度dt dn /为恒值，所以转速n 按线性规律上升， 由n C R I U e am d +=∑知，d U 也线性增加，这就要求k U 也要线性增加，故在启动 过程中电流调节器是不应该饱和的，晶闸管可控整流环节也不应该饱和。 第三阶段是转速调节阶段。转速调节器在这个阶段中起作用。开始时转速 已经上升到给定值，ASR 的给定电压gn U 与转速负反馈电压fn U 相平衡，输入偏 差n U ?等于零。但其输出却由于积分作用还维持在限幅值 gim U ，所以电动机仍在以最大电流am I 下加速，使转速超调。超调后， 0,0n fn U U ，使ASR 退出饱和，其输出电压（也就是ACR 的给定电压）gi U 才从限幅值降下来，d k U U 与也 随之降了下来，但是，由于a I 仍大于负载电流L I ，在开始一段时间内转速仍继 续上升。到L a I I ≤时，电动机才开始在负载的阻力下减速，知道稳定（如果系统 的动态品质不够好，可能振荡几次以后才稳定）。在这个阶段中ASR 与ACR 同 时发挥作用，由于转速调节器在外环，ASR 处于主导地位，而ACR 的作用则力 图使a I 尽快地跟随ASR 输出gi U 的变化。 稳态时，转速等于给定值 g n ，电枢电流a I 等于负载电流L I ，ASR 和ACR 的输入偏差电压都为零，但由于积分作用，它们都有恒定的输出电压。ASR 的 输出电压为 L fi gi I U U β== ACR 的输出电压为 s L g e k K R I n C U ∑ += 由上述可知，双闭环调速系统，在启动过程的大部分时间内，ASR 处于饱 和限幅状态，转速环相当于开路，系统表现为恒电流调节，从而可基本上实现理 想过程。双闭环调速系统的转速响应一定有超调，只有在超调后，转速调节器才 能退出饱和，使在稳定运行时ASR 发挥调节作用，从而使在稳态和接近稳态运 行中表现为无静差调速。故双闭环调速系统具有良好的静态和动态品质。 图2—8 双闭环直流调速系统起动过程的电压、电流、转速波形 综上所述，双闭环调速系统的起动过程有以下三个特点： （1）饱和非线形控制：随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态，在不同情况下表现为不同结构的线形系统，只能采用分段线形化的方法来分析，不能简单的用线形控制理论来笼统的设计这样的控制系统。 （2）转速超调：当转速调节器ASR采用PI调节器时，转速必然有超调。转速略有超调一般是容许的，对于完全不允许超调的情况，应采用其他控制方法来抑制超调。 （3）准时间最优控制：在设备允许条件下实现最短时间的控制称作“时间最优控制”,对于电力拖动系统，在电动机允许过载能力限制下的恒流起动，就是时间最优控制。但由于在起动过程Ⅰ、Ⅱ两个阶段中电流不能突变，实际起动过程与理想启动过程相比还有一些差距，不过这两段时间只占全部起动时间中很小的成分，无伤大局，可称作“准时间最优控制”。采用饱和非线性控制的方法实现准时间最优控制是一种很有实用价值的控制策略，在各种多环控制中得到普遍应用。 2.3.3 动态抗干扰性分析 一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能，对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动。 1．抗负载扰动 由双闭环直流调速系统的动态结构图上可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此，只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。 2．抗电网电压扰动 电网电压变化对调速系统也产生扰动作用。在图2—7所示的双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会小得多。 2.4 调节器的工程设计方法 2.4.1 PI调节器 PI调节器的结构如下图所式[1，2，3]： 由图可得： dt U U K dt U C R U R R U in in pi in in ex? ?+ = + = τ 1 1 1 1 《运动控制》课程设计题目：转速，电流双闭环可逆直流宽频调速系统设计 系部：自动化系 专业：自动化 班级：自动化1班 学号：11423006 11423025 11423015 姓名：杨力强.丁珊珊.赵楠 指导老师：刘艳 日期：2018年5月26日-2018年6月13日 一、设计目的 应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MA TLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。 二、系统设计参数 直流电动机控制系统设计参数：< 直流电动机(3> ） 输出功率为:5.5Kw 电枢额定电压220V 电枢额定电流 30A 额定励磁电流1A 额定励磁电压110V 功率因数0.85 电枢电阻0.2欧姆 电枢回路电感100mH 电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数=1.5 额定转速 970rpm 直流电动机控制系统设计参数 环境条件： 电网额定电压:380/220V。电网电压波动:10%。 环境温度:-40~+40摄氏度。环境湿度:10~90%. 控制系统性能指标： 电流超调量小于等于5%。 空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%。 调速范围D＝20。 静差率小于等于0.03. 1、设计内容和数据资料 某直流电动机拖动的机械装置系统。 主电动机技术数据为： ,，，电枢回路总电阻，机电时间常数 ，电动势转速比，Ks=40，，Ts=0.0017ms，电流反馈系数，转速反馈系数，试对该系统进行初步设计。2、技术指标要求 电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间，电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量。 三、主电路方案和控制系统确定 主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD和PWM变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差， 从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流原理图 湖南科技大学 信息与电气工程学院 《课程设计报告》 题目：转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 任务书 题 目 转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 时 间安排 2013年下学期17,18周 目 的： 应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB 软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL 进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。 要 求：电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间s T s 1.0≤，电流超调量%5%≤i σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%30%≤n σ。 总体方案实现：主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT 构成H 型双极式控制可逆PWM 变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM 、逻辑延时环节DLD 、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD 和PWM 变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差。 从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。 指导教师评语： 评分等级：（ ） 指导教师签名： 目录 前言 (1) 一、设计目的 (2) 二、设计要求 (2) 三、直流调速系统整体设计 (2) 四、系统参数选取 (7) 五、各部分设计 (8) 六、双闭环系统设计 (14) 七、系统仿真 (17) 八、设计总结 (18) 参考文献 (19) 前言 由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能，已广泛应用于工业、航天领域等各个方面。随着电力电子技术的发展，脉宽调制（PWM）调速技术已成为直流电机常用的调速方法，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和功耗低等特点。而以H桥电路作为驱动器的功率驱动电路，可方便地实现直流电机的四象限运行，包括正转、正转制动、反转、反转制动，已广泛应用于现代直流电机伺服系统中。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用SIMULINK对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。 一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算 三、直流调速系统整体设计 1、直流电机PWM调速控制原理 直流电动机转速公式为： n=(U-IR)/Kφ 其中U为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。 直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少，大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中脉冲宽度调制(PWM)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来调整直流电机的电枢电压U，从而控制电机速度。 PWM的核心部件是电压-脉宽变换器，其作用是根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，以便用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。在本次课程设计采用双闭环直流调速系统进行调速控制。 2、双闭环直流调速系统 A.双闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电 摘要 本次课程设计直流电机可逆调速系统利用的是双闭环调速系统，因其具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及系统中一些参数的计算。 关键词：双闭环，可逆调速，参数计算，调速器。 目录 1. 设计概述 (1) 1.1 设计意义及要求 (1) 1.2 方案分析 (1) 1.2.1 可逆调速方案 (1) 1.2.2 控制方案的选择 (2) 2.系统组成及原理 (4) 3.1设计主电路图 (7) 3.2系统主电路设计 (8) 3.3 保护电路设计 (8) 3.3.1 过电压保护设计 (8) 3.3.2 过电流保护设计 (9) 3.4 转速、电流调节器的设计 (9) 3.4.1电流调节器 (10) 3.4.2 转速调节器 (10) 3.5 检测电路设计 (11) 3.5.1 电流检测电路 (11) 3.5.2 转速检测电路 (11) 3.6 触发电路设计 (12) 4. 主要参数计算 (14) 4.1 变压器参数计算 (14) 4.2 电抗器参数计算 (14) 4.3 晶闸管参数 (14) 5设计心得 (15) 6参考文献 (16) 直流电动机可逆调速系统设计 1.设计概述 1.1设计意义及要求 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。本次设计最终的要求是能够是电机工作在电动和制动状态，并且能够对电机进行调速，通过一定的设计，对整个电路的各个器件参数进行一定的计算，由此得到各个器件的性质特性。 1.2 方案分析 1.2.1 可逆调速方案 使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。 电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢，且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。 电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单，电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。 电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。 图1-1 两组晶闸管反并联示意图 基础课程设计（论文） 直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真 专业：电气工程及其自动化 指导教师：刘雨楠 小组成员：陈慧婷（20114073166） 石文强（20114073113） 刘志鹏（20114073134） 张华国（20114073151） 信息技术学院电气工程系 2014年10月20日 摘要 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。 关键词：直流可逆调速数字触发PWM 数字控制器 燕山大学 课程研究项目报告 项目名称： H桥可逆直流调速系统设计与实验学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 日期： 2014年6月3日 目录 第一章摘要 (1) 第二章前言 (2) 第三章报告研究正文 (3) 3.1 调速控制系统设计 (3) 3.2 电源及操作系统设计 (7) 3.3 双闭环调节器电路设计 (11) 3.4 参数计算与计算机仿真 (12) 3.5 实物制作 (17) 3.6 性能测试 (19) 第四章结论 (20) 参考文献 (21) 本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计，根据直流调速双闭环控制系统的工作原理，利用MOSFET、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统，并利用MATLAB对其进行仿真。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。 关键词：双闭环控制系统 MATLAB 电流调节器转速调节器 目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重阐明其控制规律﹑性能特点和设计方法，是各种交﹑直流电力拖动自动控制系统的重要基础。首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用。在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术一直是研究的热点。长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动至今仍广泛的应用着。直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。 一、摘要： 直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。 本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。 二、双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 1.设计分析 双闭环调整系统的传动系统结构图： 直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称，与晶闸管直流调速系统的区别在于用直流PWM变换器取代了晶闸管变流装置，作为系统的功率驱动器，系统构成原理图如下所示： 直流PWM传动系统结构图 其中属于脉宽调制调速系统主要由调制波发生器GM、脉宽调制器UPM、逻辑延时环节DLD 和电力晶体管基极的驱动器GD和脉宽调制（PWM）变换器组成。最关键的部件为脉宽调制器。模拟式脉宽调制器本质为电压-脉冲变换装置，它是由一个运算放大器和几个输入信号构成电压比较器。去处放大器工作在开环状态，在电流调节器的输出控制信号Uс的控制下，产生一个等幅、宽度受Uс控制的方波脉冲序列，为PWM变频器提供所需的脉冲信号。脉宽调制器按所加输入端调制信号不同，可分为锯齿波脉宽、三角波脉宽调制器。目前就用较多脉宽调制信号由数字方法来产生，如专用集成PWM控制电路及单片微机所构成的脉宽调制器。 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。 双闭环调速系统的结构图 调速系统起动过程的电流和转速波形 如图2所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。 (a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想快速起动过程 图2 调速系统起动过程的电流和转速波形 H 桥式可逆PWM 变换器的工作原理： PWM 控制的示意图如图3所示:可控开关S 以一定的时间间隔重复地接通和断开，当S 接通时，供电电源Us 通过开关S 施加到电动机两端，电源向电机提供能量，电动机储能：当开关S 断开时，中断了供电电源Us 向电动机电流继续流通。 I dL n t I d O I dm I dL n t I d O I dm I dcr n n (a) (b) 直流PWM 调速系统的建模与仿真 第一章摘要 第二章主电路的设计 2.1 设计任务要求 2.2 电路设计及分析 2.2.1 电流调节器 2.2.2 转速调节器 2.3 系统稳态分析 2.4 电流调节器的设计 2.4.1 电流环的简化 2.4.2 电流调节器的设计 2.4.3 电流调节器的实现 2.5 转速调节器的设计 2.5.1 电流环等效传递函数 2.5.2 转速调节器的结构选择 2.5.3 转速调节器的实现 第三章系统参数设计 3.1 电流调节器参数计算 3.2 转速环参数计算 第四章 PWM控制器的建模 第五章系统仿真 第一章摘要 双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无差。在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。 关键字：PWM脉宽直流调速 matlab仿真 第二章主电路的设计 2.1 设计任务要求 (1)稳态指标:转速无静差; (2)动态指标:电流超调量σi≤5%,空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10%。 2.2 电路设计及分析 根据设计任务可知，可选择PI控制的转速、电流双闭环直流调速系统，以完全达到系统需要，使得系统在稳定的前提下实现无静差调速，转速、电流双闭环直流调速系统框图如图1-1所示。 图1-1 转速、电流双闭环调速系统系统框图设计思路；通过PWM脉宽调制的方法，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，从而可以得到可变的平均输出电压，带动电动机旋转，产生转速n,通过测速发电机将转速以电压的形式反馈到转速环，（典型Ⅱ系统设计），通过电流互感器将电 CDIO课程项目研究报告 项目名称：H桥可逆直流调速系统设计与实验 姓名； 指导老师： 日期： 摘要 本设计的题目是基于SG3525的双闭环直流电机调速系统的设计。SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。如果对系统的动态性能要求较高，则单闭环系统就难以满足需要。而转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差；构成的滞后校正，可以保证稳态精度；虽快速性的限制来换取系统稳定的，但是电路较简单。所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。本设计选用了转速、电流双闭环调速控制电路，本课题内容重点包括调速控制器的原理，并且根据原理对转速调节器和电流调节器进行了详细地设计。概括了整个电路的动静态性能，最后将整个控制器的电路图设计完成,并且进行仿真。 关键词：双闭环直流可逆调速系统、H桥驱动电路、SG3525信号产生电路、PI调节器、MATLAB仿真 前言 随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 项目预期成果： 设计一个双闭环可逆直流无静差调速系统，其稳态性能指标实现要求如下：电流超调量S≤5%调速范围 D=20；其动态性能指标：转速超调量δn=10%；调整时间时间ts=2s；电流超调量δi≤5% 。 一、填空题 1．双闭环的调速系统的特点是：利用（ASR的饱和非线性）实现了（“准时间最优”）控制，同时带来了（转速超调）。 2．在设计双闭环系统的调节器时，先设计（内环的ACR），然后设计（外环的ASR）。 3．在双闭环调速系统中，电流调节器主要是对（电网电压波动）起调解作用；而转速调节器主要是对（负载扰动）起抗扰调节作用。 4．变电压调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢电压常用的三种可控制电源分别为（旋转变流机组）、（静止可控整流器）及（脉宽调制器和直流斩波变换器）。 5．直流电动机的调速方法有三种，即为（改变电枢电压调速）、（弱磁调速）和（电枢回路串电阻）调速。 6．直流调速系统的静态技术指标有（调速范围D）和（静差率S），它们的表达式分别为（D n n max）和（s n ncl），它们之间的关系式为（ D （1n s n）oms n）。 n min n omin （1 s） n nom 7．脉中宽度调制简称（PWM，）它是通过功率管开关作用，将（恒定直流电压）转换成频率一定，宽度可调的（方波脉冲电压），通过调节（脉冲电压的宽度），改变输出电压的平均值的一种变换技术。 8．调速控制系统是通过对（电动机）的控制，将（电能）转换成（机械能），并且控制工作机械按（给定）的运动规律运行的装置。 9．用（直流电动机）作为原动机的传动方式称为直流调速，用（交流电动机）作为原动机的传动方式称为交流调速。 10．电气控制系统的调速性能指标可概括为（静态）和（动态）调速指标。11．在电动机微机控制系统中，电动机是（被控对象），微型计算机则起（控制器）的作用。 12．总的来说，在电动机微机控制系统中，计算机主要完成（实时控制）、（监控）和（数据处理）等工作。 13．模拟信号到数字信号转换包括（采样）和（量化）两个过程。 14．PID 控制中P、I 、D的含义分别是（比例）、（积分）和（微分）。 15．脉冲式传感器检测转速的方法有（M法测速）、（T 法测速）和（M/T法测速）。 16．从系列数据中求取真值的软件算法，通常称为（数字滤波算法）。17．与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是（离散化）和（数字化）。18．数字控制直流调速系统的组成方式大致可分为三种： 1. 数模混合控制系统 2. 数字电路控制系统 3. 计算机控制系统 19．常规PID控制算法中可分为（位置式PID算法）和（增量式PID 算法）。 20．微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构主要包括以下部分：（主电路）、（检测电路）、（控制电路）、（给定电路）和（显示电路）。 二、判断题 1．双闭环调速系统中，给定信号Un 不变，增加转速反馈系数α，系统稳定运行时转速反 燕山大学 CDIO课程项目研究报告 项目名称： H桥可逆直流调速系统设计与实验 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生： 指导教师： 日期： 2014年6月3日 目录 前言 (1) 摘要 (2) 第一章调速系统总体方案设计 (3) 1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 (3) 1.2.稳态结构图和静特 (4) 1.2.1各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (6) 1.3双闭环脉宽调速系统的动态性能 (7) 1.3.1动态数学模型 (7) 1.3.2起动过程分析 (7) 1.3.3 动态性能和两个调节器的作用 (8) 第二章 H桥可逆直流调速电源及保护系统设计 (11) 第三章调节器的选型及参数设计 (13) 3.1电流环的设计 (13) 3.2速度环的设计 (15) 第四章Matlab/Simulink仿真 (17) 第五章实物制作 (20) 第六章性能测试 (22) 6.1 SG3525性能测试 (22) 6.2 开环系统调试 (23) 总结 (26) 参考文献 (26) 前言 随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 项目预期成果： 设计一个双闭环可逆直流调速系统，实现电流超调量小于等于5%；转速超调量小于等于5%；过渡过程时间小于等于0.1s的无静差调速系统。 项目分工：参数计算： 仿真： 电路设计： 电路焊接： PPT答辩： 摘要 双闭环可逆直流脉宽调速系统 一．实验目的 1．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。 2．熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。 3．熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。 4．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。 二．实验内容 1．PWM控制器SG3525性能测试。 2．控制单元调试。 3．系统开环调试。 4．系统闭环调试 5．系统稳态、动态特性测试。 6．H型PWM变换器不同控制方式时的性能测试。 三．实验系统的组成和工作原理 图1—1 双闭环脉宽调速系统的原理图 在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。 双闭环脉宽调速系统的原理框图如图6—10所示。图中可逆PWM变换器主电路系采用IGBT所构成的H型结构形式，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节， FA为瞬时动作的过流保护。 脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（Silicon General）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便 灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。 四．实验设备及仪器 1．NMCL系列教学实验台主控制屏。 2．NMCL—18组件 3．NMCL—31A组件 4．NMCL-22挂箱 6．M MEL—13组件。 7．直流电动机M03。 8．双踪示波器。 五．注意事项 1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。 2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。 3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。 4．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。 5．起动电机时，需把MMEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。 6．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。 7．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。 8．实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。 9.系统整定要求满足超调量小于5%，调节时间小于3秒。 六．实验方法 1．SG3525及控制电路性能测试 （1）调节UPW单元的RP电位器使输出波形的占空比为二分之一，UPW的2端与DLD 单元的1相连，按下S1开关，检查G1E1，，G2E2，G3E3，G4E2之间的波形是否正常2．开环系统调试 按图5-19接线。断开主电源，将三相调压器的U、V、W接主电路的相应处，，将主电路的1、3端相连， 6、7端接入直流电动机M03的电枢及700mH的电感，电枢回路要串入NMCL—31A 上的指针式电流表。电机加上励磁。 22挂箱的地与G(给定)的地相连，G(给定)的输出接到UPW的3端。 数字PWM（双极式）直流调速系统 目录 1 直流调速系统的介绍 (1) 1.1引言 (1) 1.2 PWM直流调速系统 (1) 1.3PWM控制和双极式的实现 (2) 1.4系统优化 (2) 2 系统分析与设计 (3) 2.1设计内容及指标 (3) 2.2系统分析 (3) 2.3 电流调节器设计 (5) 2.3.1确定时间常数 (5) 2.3.2 选择电流调节器结构 (5) 2.3.3计算电流调节器参数 (6) 2.3.4 电流调节器的实现 (6) 2.3.5 检验近似条件 (7) 2.4转速调节器设计 (8) 2.4.1 确定时间常数 (8) 2.4.2 选择转速调节器结构 (8) 2.4.3 计算转速调节器参数 (8) 2.4.4转速调节器的实现 (9) 2.4.5 检验近似条件 (9) 2.4.6 检验转速超调量 (10) 2.5 系统原理图 (10) 3 数字化调速系统 (11) 3.1 数字化调速系统的优点 (11) 3.2模拟量的数字化 (11) 3.2.1 模拟信号的采样 (11) 3.2.2 转速检测数字化 (12) 3.2.3 电流检测数字化 (14) 3.3 A/D转换器的选择 (14) 3.4软件程序流程图 (14) 3.5硬件连接图 (14) 4总结 (15) 参考文献 (16) 1 直流调速系统的介绍 1.1 引言 近年来，交流调速系统发展很快。虽然高性能的交流调速系统已经逐步取代直流调速系统，然而，直流调速系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在大量应用；而且，从控制规律的角度来看，直流调速系统又是交流调速系统的基础。因此，作为大学毕业生，应该很好地研究学习直流调速系统。 变压调速是直流调速系统的主要调速方法，可以使直流电动机获得很好的调速性能。采用可控晶闸管组成整流器的是晶闸管整流器—电动机调速系统，简称V—M系统。通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器的平均输出直流电压，从而实现直流电动机的平滑调速。 1.2 PWM直流调速系统 尽管V—M系统调速性能优越，但是，由于晶闸管是单向导电的，给电动机的可逆运行带来困难，还有在低速运行时易产生“电力公害”等缺点，自从全控型电力电子器件问世，就产生了以脉冲宽度调制的高频开关控制方式，从而形成了脉宽调制变换器—直流电动机调速系统，简称为直流脉宽调速系统（或者直流PWM调速系统）。与V—M系统相比，直流PWM调速系统具有其他调速方式所不具备的几大特点：1．直流PWM调速系统主电路线路简单，需用的电力电子器件少； 2. 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小； 3．低速性能 的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强； 5．电力电子开关器件好，稳速精度高，调速范围宽； ； 课程设计任务书 学生姓名：苌城专业班级：自动化0706 指导教师：饶浩彬工作单位：自动化学院 题目: 逻辑无环流直流可逆调速系统设计 初始条件： 1．技术数据： 晶闸管整流装置：R rec=Ω，K s=40。 / 负载电机额定数据：P N=，U N=230V，I N=37A，n N=1450r/min，R a=Ω，I fn=1.14A， GD2= 系统主电路：T m=，T l= 2．技术指标 稳态指标：无静差（静差率s≤2, 调速范围D≥10） 动态指标：电流超调量：≤5%，起动到额定转速时的超调量：≤8%，（按退饱和方式计算） 要求完成的主要任务: ？ 1．技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2） (3) 动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤1s (4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 (5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施 2．设计内容： ! (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等） (3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求 (4) 绘制逻辑无环流直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书 时间安排： 课程设计时间为一周半，共分为三个阶段： （1）： （2）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20% （3）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40% （4）完成设计和文档整理。约占总时间的40% 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 】 课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真1 初始条件： 1．技术数据及技术指标： 直流电动机：P N=60KW , U N=220V , I N=308A , n N=1000r/min , 最大允许电流I dbl=1.5I N, 三相全控整流装置：K s=35 , 电枢回路总电阻R=0.18Ω， 电动势系数：C e=0.196V.min/r 系统主电路：T m=0.17s，T l=0.012s 滤波时间常数：T oi=0.0025s , T on=0.015s, 其他参数：U nm*=8V , U im*=8V , U cm=8V σi≤5% , σn≤10% 要求完成的主要任务: 1．技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 2．设计内容： (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 根据双闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流调节器的作用, (3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。 (4) 绘制V-M双闭环直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书 时间安排： 课程设计时间为一周半，共分为三个阶段： （1）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20% （2）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40% （3）完成设计和文档整理。约占总时间的40% 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日 双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 及MATLAB仿真 目录 目录 (1) 中英文摘要 (2) 摘要 (2) Abstract (2) 正文 (3) 双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 (3) 设计分析 (3) 主电路设计 (9) 电流调节器参数计算 (11) 信号产生电路 (13) GTR驱动电路原理 (14) 辅助回路设计 (15) 转速给定电路设计 (16) 转速检测设计 (16) MATLAB仿真设计 (17) 双闭环调速系统仿真框图 (17) 仿真结果 (18) 结果分析 (22) 总结 (23) 参考文献 (24) 中英文摘要 摘要 直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。 本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。 Abstract With dc motor speed control is easy, rev, braking performance is good, smooth and in wide range speed adjustment characteristics in metallurgy, machinery manufacturing, light industry, etc. Is widely used 一、设计要求： 1、调速范围D=20，静差率S ≤5%。再整个调速范围内要求转速无极、平滑可调； 2、动态性能指标：电流环超调量 δ≤5%： 空载启动到额定转速时转速超量δ≤10% 直流电动机的参数： 直流电动机 型号（KW ） Z2—32 额定容量（KW ） 2.2 额定电压（V ） 220 额定电流（A ） 12.5 最大电流（A ） 18.75 额定转速（rpm ） 1500 额定励磁（A ） 0.61 GD 2 (kg m 2 ) 0.105 电动机电枢电阻RA （） 1.3 电动机电枢电感la （Mh ） 10 名称 数值 整流侧内阻Rn （Ω） 0.037 整流变压器漏感Lt （mH ） 0.24 电抗器直流电阻Rh （Ω） 0.024 电抗器电感Lh （mh ） 3.2 2.1控制系统的整体设计 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。 ASR ACR U *n + - U U i U * i + - U c TA V M + U d I d UPE L - M 2.2桥式可逆PWM变换器的工作原理 脉宽调制器的作用是：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，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。桥式可逆PWM 变换器电路如图2所示。这是电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。 图2 桥式可逆PWM变换器电路转速电流双闭环可逆直流调速系统仿真与设计方案
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