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直流电机PWM脉宽调速系统设计基于 51 系列单片机的直流电机 PWM调速系统设计目录1 课程设计内容 (1)2 课程设计目的 (1)3 直流电动机调速概述 (2)3.1直流电机调速原理 (2)3.2直流调速系统实现方式 (3)4. 方案选择 (3)5 硬件电路设计 (4)5.1主电路 (4)5.2直流电动机驱动 (5)5.3控制电路 (6)5.4 PWM波形的程序实现 (7)5.5仿真电路图 (7)6 实验结果与分析 (8)6.1调试结果 (8)6.2调试分析 (8)6.3出现问题及分析 (9)7 收获与体会 (9)8 小组分工 (10)参考文献 (11)附录 (12)1 课程设计内容1．选用额定电压为220V，额定电流为1.2A的它励直流电动机（即把实验室的并励直流电动机做它励接法）作为调速对象。
要求带一发电机负载进行调速实验。
2．对直流电机进行四象限调速，实现直流电机的加速、减速和反转功能。
3．使用PWM技术实现直流电机的调速，通过改变触发脉冲的占空比来实现调速控制。
4．由于电机工作在220V直流电压下，所以电路分为高压和低压两部分，低压电路控制高压电路实行电机调速。
2 课程设计目的电机与拖动时一门要求实践性很强的课程，具有极其广泛的工程应用价值。
若要深入地掌握理论知识，就必须在加强理论学习的基础上，注重加强工程实践操作技能的系统训练。
不仅通过实验论证一些理论问题，而且还要通过工程设计、工程实践等环节，掌握该课程在实践工程应用、故障分析等方面的综合实践技能，使学生树立工程意识、提高工程实践能力。
本课程设计旨在通过学生独立完成小型电动机的设计达到对学生综合性训练。
具体设计目的如下：1.进一步加深对直流电机机构的认识，更好地理解电机的工作原理，对直流电机四象限运行有全面的理解。
2.熟悉对装备性能检验测定方法和步骤，进一步提高分析实验现象和实验结果的能力，提高发现问题，分析问题，解决问题，总结出一般规律的能力。
（一）任务书1 性能指标稳态指标：系统无静差动态指标：σi<=5%;空载起动到额定转速时σn<=10% 。
2 给定电机及系统参数P N=220W，U N=48V，I N=3.7A，λ=2，n N=200r/min，R a=6.5欧姆电枢回路总电阻R =8欧姆电枢回路总电感L =120mH电机飞轮惯量GD2=1.29 Nm23 设计步骤及说明书要求①画出系统结构图，并简要说明工作原理②根据给定电机参数，设计整流变压器，并计算变压器容量及副边电压值；选择整流二极管及开关管的参数，并确定过流、过压保护元件参数。
③分析PWM变换器，脉宽调制器（UPW）及逻辑延时（DLD）工作原理。
④设计ACR、ASR并满足给定性能指标要求。
⑤完成说明书，对构成系统的各环节分析时，应先画出本环节原理图，对照分析。
⑥打印说明书（B5），打印电气原理图（A2）。
并交软盘（一组）一张。
目录（二） 实验设计方法及其步骤一、 概述该系统是运用H 型双极模式PWM 控制的原理,采用电流速度双闭环控制方式,设计的一个基于PWM 控制的直流电机控制系统,并设计了软启动电路和完善的保护电路,确保直流电机控制系统准确、可靠地运行。
在主电路设计上,三相交流电经整流电路整流、电容滤波,再由4个IGBT 组成的H 型双极模式转换电路进行调压控制电机速度。
在控制电路中,采用双闭环控制系统,内环是电流环,外环是速度环。
电流检测采用根据磁场补偿原理制成的新型霍尔效应电流互感器—LEM 模块[1].,电流环调节器采用PI 调节,电流调节器输出控制脉冲宽度调制电路产生PWM 波,再通过脉冲分配电路和驱动电路控制IGBT 实现功率变换。
速度检测采用直流测速发电机,其结构简单可靠,准确度高。
为使整个系统能正常安全地运行,设计了过流、过载、过压、欠压保护电路,另外还有过压吸收电路。
确保了系统可靠运行。
二、 系统结构框图及工作原理2.1 系统结构框图如下：双闭环脉宽调速系统的原理框图如图2-1所示。
一、课程设计的主要目标任务直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，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，直流调速还是交流拖动系统的基础。
早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。
随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能[2]。
采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。
传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。
目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
二、课程设计系统方案选取1. 直流电动机运行原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM 控制技术的理论基础为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需 3 要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
直流电动机的转速n 和其他参量的关系可表示为图1：直流电机原理图式中 Ua ——电枢供电电压（V ）； Ia ——电枢电流（A ）； Ф——励磁磁通（Wb ）； Ra ——电枢回路总电阻（Ω）； CE ——电势系数， ，p 为电磁对数，a 为电枢并联支路数，N 为导体数。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计一、系统概述二、系统设计原理1.速度内环设计原理速度内环的目标是实现对电机转速的闭环控制。
通过测量电机输出轴速度和设定速度值之间的差异，根据PID控制算法计算出控制信号，通过控制器输出的脉宽PWM信号调节电机的输出转矩，从而实现对电机速度的控制。
2.电流外环设计原理电流外环的目标是实现对电机电流的闭环控制。
通过测量电机的电流和设定电流值之间的差异，根据PID控制算法计算出电流控制信号，通过控制器输出的脉宽PWM信号调节电机的电流，从而实现对电机电流的控制。
三、系统构建要素1.电机驱动模块：用于控制电机的转矩和速度，并提供脉宽PWM信号输出接口。
通常使用MOSFET或IGBT作为功率开关元件。
2.速度测量模块：用于测量电机输出轴的转速，通常采用霍尔元件或编码器。
3.电流测量模块：用于测量电机的电流。
通常通过电流传感器或全桥电流检测器实现。
4.控制器：对测量的速度和电流数据进行处理，根据PID控制算法计算出合适的脉宽PWM信号，控制电机的转速和电流。
5.信号调理模块：用于对控制信号进行滤波和放大，以保证信号的稳定性和合理性。
6.反馈回路：将测量得到的电机速度和电流数据反馈给控制器，以实现闭环控制。
7.电源模块：为整个系统提供稳定的电源。
四、系统工作流程1.控制器通过速度测量模块获取电机的实际速度，并与设定速度进行比较计算出速度误差。
2.控制器通过电流测量模块获取电机的实际电流，并与设定电流进行比较计算出电流误差。
3.将速度误差和电流误差作为输入，经过PID控制算法计算出合适的脉宽PWM信号。
4.控制器将计算得到的脉宽PWM信号通过信号调理模块进行滤波和放大，然后输出到电机驱动模块。
5.电机驱动模块根据脉宽PWM信号的占空比调节电机的输出转矩和电流。
6.通过反馈回路将电机的实际速度和电流信息返回给控制器。
7.根据反馈信息对速度误差和电流误差进行修正，进一步优化脉宽PWM信号的计算。
目录1绪论 (1)1.1直流电动机的调速方法 (1)1.2选择PWM控制系统的理由 (2)1.3采用转速电流双闭环的理由 (2)1.4设计技术指标要求 (3)2 PWM直流调速系统主电路设计 (4)2.1主电路结构设计 (4)2.2主电路逆变工作原理 (5)2.3 PWM变换器介绍 (6)2.4 参数设计 (9)3直流脉宽调速系统触发电路设计 (11)3.1触发控制电路设计 (11)3.2 PWM信号发生器 (11)3.3 SG3525芯片的主要特点 (12)4转速、电流双闭环设计 (16)4.1电流调节器设计 (16)4.2转速调节器设计 (16)5参数测定 (17)5.1测定晶闸管直流调速系统主电路电阻值R、电感值L (17)5.2测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td (18)5.3测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数Cm (19)5.4测定晶闸管直流调速系统机电时间常数Tm (19)6系统调试 (20)6.1单元部件调试 (20)6.2闭环系统特性测试 (21)6.3系统动态特性观察 (22)7结束语 (24)8参考文献 (25)1绪论1.1直流电动机的调速方法直流调速技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，尤其是随着全数字直流调速的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。
目前国各大专院校，科研单位和厂家也都在开发直流调速装置，但大多数调速技术都是结合工业生产中，而在民用中应用相对较少，所以应用已有的成熟技术开发性能价格比高的，具有自主知识产权的直流调速单元，将有广阔的应用前景。
本系统采用转速环和电流环双闭环结构,因此需要实时检测电机的电枢电流并把它作为电流调节器的反馈信号。
由电动机理论知，直流电动机的机械特性方程为T R C C C U n m e e Nφφ2N -=式中 n N ——直流电动机的转速（r/min ）U N ——电动机的额定电压(v)：R ——电动机电枢电路总电阻(Ω)C e——电动势常数(v·min ／r)； C m ——转矩常数，C m ＝9.55C e ;T ——电动机电磁转矩(N·m)；φ——电动机磁通(wb)。
单片机原理及应用—— P W M直流电机调速控制系统概括直流电动机具有良好的启动性能和调速特性。
具有起动转矩大、调速平稳、经济大范围、调速容易、调速后效率高等特点。
本文设计的直流电机调速系统主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路和独立按键组成的电子产品组成。
电源采用78系列芯片，采用PWM波方式实现电机+5V、+15V调速，PWM为脉宽调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立的按键实现电机的启停、调速和转向的手动控制，LED实现测量数据（速度）的显示。
电机转速采用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机统计1秒内方波脉冲个数，计算电机转速，实现直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速； H桥驱动电路； LED显示屏; 51单片机目录摘要2摘要错误!未定义书签。
目录3第 1 章引言41.1 概述41.2 国外发展现状41.3 要求51.4 设计目的及6第 2 章项目论证与选择72.1 电机调速模块72.2 PWM调速工作模式72.3 PWM脉宽调制方式错误!未定义书签。
2.4 PWM 软件实现错误!未定义书签。
第三章系统硬件电路设计83.1 信号输入电路83.2 电机PWM驱动模块电路9第 4 章系统的软件设计104.1 单片机选型104.2 系统软件设计分析10第 5 章 MCU 系统集成调试135.1 PROTEUS 设计与仿真平台错误!未定义书签。
18传统开发流程对比错误!未定义书签。
第一章简介1.1 概述现代工业的电驱动一般要求部分或全部自动化，因此必须与各种控制元件组成的自动控制系统相联动，而电驱动可视为自动电驱动系统的简称。
在这个系统中，生产机械可以自动控制。
随着现代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动电驱动正朝着计算机控制的生产过程自动化方向发展。
以实现高速、高质量、高效率的生产。
在大多数集成自动化系统中，自动化电力牵引系统仍然是不可或缺的组成部分。
控制系统分析课程设计课题：PWM直流调速系统设计系别：电气与电子工程系专业：自动化姓名：学号：指导教师：河南城建学院成绩评定·一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。
二、评分（按下表要求评定）课程设计成绩评定目录一、设计目的 (1)二、设计要求 (1)三、PWM变换器的工作状态和电压、电流波形 (1)四、总体设计方案 (4)4.1电路总体结构框图 (4)4.2给定电压电源电路设计 (4)4.3电流调节器设计 (5)4.4 转速调节器设计 (10)五、设计总结 (16)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。
通过课程设计： 1. 学会应用所学课程的理论知识独立完成一个课程设计。
2. 能够通过设计掌握独立分析和解决实际问题的能力。
3. 通过设计了解和掌握PWM 技术。
4. 学会使用和查找设计有关的书籍和资料。
5. 学会撰写课程设计总结报告，培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二、 设计要求1．采用PWM 控制和变换器实现电机调速的功能。
2．使用可逆电路，最常用的可逆电路就是桥式可逆PWM 变换器。
3．学习PWM 技术在实际中的应用。
三、 PWM 变换器的工作状态和电压、电流波形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、宽度可以改变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。
PWM 变换器电路有多种形式，可以分为不可逆和可逆两大类，本次设计中要求使用可逆电路，最常用的可逆电路就是桥式可逆PWM 变换器桥式（亦称H 形）电路，如图3-1所示。
这是，电动机M 两端电压AB U 的极性随开关器件驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单级式、受限单级式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆PWM 变换器。
【最新整理，下载后即可编辑】目录1 引言 (1)2 设计方案的确定及设计所需设备仪器 (2)2.1 设计方案 (2)2.1.1 机械负载参数 (2)2.1.2 主电源参数他励直流电动机的参数 (2)2.2 所需设备 (2)3 调节器的电路设计 (4)3.1 电流调节器 (4)3.2 转速调节器 (6)4 其他电路设计原理 (10)4.1 主电路的设计 (10)4.2 SG3525的设计 (11)4.3 保护电路的设计 (13)5 课程设计实验结果 (14)5.1 PWM控制器SG3525性能测试 (14)5.2 开环系统测试 (14)5.3 闭环系统测试 (15)总结 (19)参考文献 (20)1 引言直流调速理论基础是经典控制理论，不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性，高智能化特点。
同时直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。
单闭环直速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足，快速性还不够好。
而基于电流和转的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。
而且，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2 设计方案的确定及设计所需设备仪器自动控制系统的设计一般要经历从“机械负载的调速性能（动、静）→电机参数→主电路→控制方案”（系统方案的确定）→“系统设计→仿真研究→参数整定→直到理论实现要求→硬件设计→制版、焊接、调试”等过程，其中系统方案的确定至关重要[3]。
PWM直流调速系统设计1.引言直流调速系统是工业领域中常见的控制系统之一、PWM（脉宽调制）技术被广泛应用于直流调速系统中，通过控制开关管的导通时间与关闭时间的比例来调节电压的大小，从而实现对直流电机的调速控制。
本文将详细介绍PWM直流调速系统的设计。
2.PWM控制原理PWM控制技术是一种将模拟信号转换成数字信号进行控制的方法。
PWM信号由方波信号与模拟输入信号相乘得到，当模拟输入信号大于方波信号时，开关管导通时间较长，输出电压较大；当模拟输入信号小于方波信号时，开关管导通时间较短，输出电压较小。
3.系统硬件设计3.1电源电路电源电路主要提供系统所需的稳定直流电源。
一般使用整流电路将市电转换为直流电源，并通过滤波电路提供稳定的电源电压。
3.2PWM发生电路PWM发生电路的作用是产生方波信号，用于与模拟输入信号进行乘法运算。
常见的PWM发生电路有555定时器、单片机等。
3.3比较器电路比较器电路用于比较PWM信号与模拟输入信号的大小，产生PWM信号的高低电平。
常见的比较器电路有运算放大器、比较器芯片等。
3.4功率放大电路功率放大电路是将PWM信号放大到适合直流电机使用的电压和电流。
一般采用功率晶体管、MOS管等器件来实现。
4.系统软件设计系统软件设计主要包括PWM信号的调节、比较器电路的控制以及保护功能的设计。
4.1PWM信号调节PWM信号的调节是通过改变方波信号与模拟输入信号的乘法运算比例来调节输出电压的大小。
可以通过改变方波信号的占空比来实现。
4.2比较器电路控制比较器电路的控制是根据PWM信号与模拟输入信号的大小关系来决定PWM信号的高低电平。
一般采用开关电路来实现。
4.3保护功能设计保护功能设计主要包括过载保护、过压保护和过流保护等。
通过在系统中添加相应的保护电路，可以保证系统在异常情况下的安全运行。
5.系统性能分析对PWM直流调速系统的性能进行分析是设计的重要环节。
通过分析系统的调速精度、输出波形的失真度、系统的响应速度等指标，评估系统的性能优劣。
设计题目及分析设计题目：转速电流双闭环控制的H 型双极式PWM 直流调速系统直流电动机：UN=48V ，IN=3.7A ，nN=200r/min 允许过载倍数λ=2；电枢回路电磁时常L T =0.015s ，机电时常m T =0.2s ；PWM 环节的放大倍数：S K =4.8,；电枢回路总电阻：R=1Ω；电枢电阻Ra=0.5Ω。
电流反馈系统β=1.33V/A ，转速反馈系数α=0.05V ·min/r ，电动势转速比Ce=0.18V ·min/r 。
转速电流调节器输入输出限幅电压**nm im U U ==10V.采用MATLAB 对双闭环系统进行仿真，绘制直流调速系统仿真框图，仿真得出启动转速，起动电流，直流电压Ud ，ASR,ACR 输出电压的波形。
并对结果进行分析。
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。
一、双闭环直流调速系统的工作原理1、双闭环直流调速系统的介绍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。
2、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1—1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1—1 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 -电流反馈电压实际上在正常运行时，电流调节器始终为不饱和状态，而转速调节器则处于饱和和不饱和两种状态。
双闭环直流调速系统的稳态结构图如图2所示。
双闭环直流调速系统的动态结构图如图3所示。
图3双闭环直流调速系统的动态结构图图中）W ACR分别表示转速调节器和电流调节器的传递W ASR和）（s（s函数。
为了引出电流反馈，在电动机的动态结构图上必须把电流d I标示出来。
电机在启动过程中，转速调节器经历了不饱和、饱和、退保和三种状态，整个动态过程可分为图4中的三个阶段。
双闭环直流调速系统启动过程的转速和电流波形如图4所示。
图4 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形图4中所示的启动过程，阶段Ⅰ是电流上升阶段，电流从0到达最大允许值Idm，ASR饱和、ACR不饱和；阶段Ⅱ时恒流升速阶段，Id基本保持在Idm，电动机加速到了给定值n*，ASR饱和、ACR不饱和；阶段Ⅲ时转速调节阶段（退饱和阶段），ASR不饱和、ACR不饱和。
双闭环直流调速系统的起动过程利用饱和非线性控制，获得了准时间最优控制，但却带来了转速超调。
2.2 H桥PWM变换器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，从而改变平均输出电压的大小，以调节电机的转速。
由于题目中给定为转速、电流双闭环控制的H型双极式PWM直流调速系统，电动机M两端电压ABU的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。
通过调节开关管的导通和关断时间，即占空比，可以达到对直流电机进行调速的目的。
H型双极性PWM变换器如图5所示。
图5 桥式可逆PWM变换器电路双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压波形如图6所示。
图6 双极式控制可逆PWM 变换器的驱动电压、输出电压和电流波形它们的关系是：3g 2g 4g 1g U U U U -=-==。
在一个开关周期内，当on t t 0≤≤时，晶体管VT1、VT4饱和导通而VT2、VT3截止，这时Us U AB =。
当T t t ≤≤on 时，VT1、VT4截止，但VT2、VT3不能立即导通，电枢电流d i 经VD2、VD3续流，这时-Us U AB =。
AB U 在一个周期内正负相间，这是双极式PWM 变换器的特征，其电压、电流波形如图6所示。
电动机的正反转体现在驱动电压正负脉冲的宽窄上。
当正脉冲较宽时，2T t ≥on ，则AB U 的平均值为正，电动机正转；当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，2T t =on ，平均输出电压为零，则电动机停止转动。
双极式控制可逆PWM 变换器的输出平均电压为 Us 1-Tt 2T t -T Us T t Ud ）（on on on =-=(1)如果定义占空比T t on =ρ，电压系数sd U U =γ，则在双极式可逆变换器中 1-2ργ= (2)调速时，ρ的可调范围为0~1，相应的1~1-=γ。
当21ρ时，γ为正，电动机正转；当21 ρ时，γ为负，电动机反转；当21=ρ时，γ=0，电动机停止。
但是电动机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。
3 系统参数的选取3.1 PWM 变换器滞后时间常数TsPWM 控制与变换器的动态数学模型和晶闸管触发与整流装置基本一致。
当控制电压Uc 改变时，PWM 变换器输出平均电压Ud 按现行规律变化，但其响应会有延迟，最大的时延是一周开关周期T 。
PWM 装置的延迟时间T Ts ≤，一般选取 f1Ts ==0.001s (3) 其中，f ------开关器件IGBT 的频率。
3.2 电流滤波时间常数和转速滤波时间常数PWM 变换器电流滤波时间常数的选择与晶闸管控制电路有所区别，这里选择电流滤波时间常数 0.002s Toi =noma d nom e n R I U C -==14602.0136220⨯-=0.132 V ·min ／r (4)=2230375e C R GD π⨯=2132.0303755.05.22⨯⨯⨯π=0.18s (5) l T =RL =5.0105.12-⨯=0.03s (6) 4 电流调节器ACR 的设计4.1 电流环小时间常数计算按小时间按常数近似处理，i T ∑取错误！未找到引用源。
=Toi +Ts =0.002+0.001=0.003(7)4.2 电流调节器结构选择根据设计要求%5i ≤δ，并保证稳态时在电网电压的扰动下系统无静差，可以按典型I 型系统设计电流调节器，电流环控制对象是双惯性的，因此可以采用PI 调节器，其传递函数可见式（8）。
ss i i i ACR 1s W ττ）（）（+K = (8) 检查对电源电压的抗扰性能：1003.0003.0T T i l ==∑，分析可知，各项指标都是可以接受的。
4.3 电流调节器参数计算电流调节器超前时间常数：s 03.0T l i ==τ。
电流环开环增益：要求%5i ≤δ，根据典型I 型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系可知，应取5.0T K i I =∑，因此 1i I s 7.16603.005.0T .50K -∑=== (9) 于是，ACR 的比例系数为 25.105.0405.003.07.166s i I i =⨯⨯⨯=K K =K βτR (10) 4.4 校验近似条件电流环截止频率：=K =I ci ω166.71s -（1）PWM 变换装置传递函数的近似条件 ci 1s s 3.333001.031T 31ω>=⨯=- (11) 满足近似条件。
（2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 ci s ω<=⨯⨯=-1l m 8.40003.018.013T T 13 (12) 满足近似条件。
（3）电流环小时间常数近似处理条件 ci s ω>=⨯=-1oi s 7.235002.0001.0131T T 131 (13) 满足近似条件。
4.5 调节器电容和电阻值计算按所用运算放大器取Ω=k 40R 0，各个电阻和电容值的计算如下： Ω=⨯==k 504025.1R 0i R K i 取50ΩkF R i i μτ6.0105003.0C 3i =⨯==取0.6F μ F .20104002.004R T 4C 30oi oi μ=⨯⨯== 取0.2F μ PI 型电流调节器原理图如图7所示。
图7 含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器由以上计算可得电流调节器传递函数为 s3.00)103.0(25.1)1(s W ACR +=+=s s s K i i i ττ）（ (14) 校正成典型I 型系统的电流环动态结构图如图8所示。
图8 电流环的动态结构图5 速度调节器ASR 设计5.1 时间常数的设定在电流调节器的设计中为了达到电流超调的要求（%5i ≤δ），5.0T K i I =∑，所以电流环等效时间常数IK 1为： s 06.0003.00221i I=⨯=T =∑K (15)转速环小时间常数n ∑T 。
