实验三双闭环可逆直流脉宽调速系统

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：班级：学号：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AbstractDC 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 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。

双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证双闭环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统是一种常见的电机调速控制方案。

该系统通过两个闭环来实现电机的速度控制和电流控制，从而实现精准的调速效果。

本文将介绍双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计原理，并使用MATLAB进行仿真验证。

设计原理：该系统由以下几个主要部分组成：1.输入信号：输入信号一般是一个速度设定值，表示期望电机的转速。

该信号可以通过人机界面或其他控制系统输入。

2.速度控制环：速度控制环根据输入信号和反馈信号之间的差异来控制电机的转速。

常见的速度控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。

3.脉宽调制器：脉宽调制器根据速度控制环输出的控制信号来生成PWM信号，控制电机的转速。

通常使用的脉宽调制算法有定时器计数法和比较器法。

4.电流控制环：电流控制环根据PWM信号和反馈信号之间的差异来控制电机的电流。

常见的电流控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。

5.电机驱动器：电机驱动器将电流控制环输出的控制信号转换为电机驱动信号，驱动电机正常运转。

MATLAB仿真验证：为了验证双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的性能，可以使用MATLAB进行仿真。

以下是一种基本的MATLAB仿真流程：1.定义电机模型：根据电机的参数和特性，定义一个数学模型来表示电机的动态响应，例如通过电机的转矩-转速曲线或电机的方程。

2.设计速度控制器：根据系统要求和电机模型，设计一个适当的速度控制器。

可以使用PID控制器或其他控制算法。

3.设计PWM调制器：根据速度控制器输出的控制信号，设计一个PWM调制器来生成PWM信号。

根据电机模型和控制要求，选择合适的PWM调制算法。

4.设计电流控制器：根据PWM信号和电机模型，设计一个电流控制器。

可以使用PID控制器或其他控制算法。

5. 仿真验证：将以上设计参数输入到MATLAB仿真模型中，并进行仿真验证。

可以使用Simulink工具箱来搭建仿真模型，并通过逐步增加负载或改变速度设定值等方式来验证系统的性能。

实验三双闭环可逆直流脉宽调速系统
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.掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数整定。

实验内容：
1.PWM控制器SG3525的性能测试。

2.控制单元调试。

3.测定开环和闭环机械特性n=f(Id)。

4.闭环控制特性n=f(Ug)的测定。

实验数据与分析
1.SG3525性能测试测试
示波器观察25端电压波形，开通时，T=105.5us，V=2.22v；关断时，T=52.5us，V=2.22v。

S5开关打向给定，30端输出波形，开通时，最大占空比0.5，最小0；关断时最大0.618，最小0。

2.控制电路测试
逻辑延时时间td=2.9us，VT1\VT2死区时间2.9us，VT3\VT4死区时间2.9us。

3.开环系统调试
系统开环机械特性测定
4.
5.系统静特性测试,
1.为了防坠上下桥臂直通，有人把上下桥臂驱动信号死区时间调的很大，这样做行不行，为什么？
你认为死区时间长短由哪些参数决定？
答：不行，死区长会影响输出波形失真，谐波成分增多。

死区时间长短与功率管自身的开通、关断时间以及对输出波形要求有关
2.与采用晶闸管的移相控制直流调速系统相对比，试归纳采用自关断器件的脉宽调速系统优点。

答：1.功率因素高，谐波污染小；2.主电路结构简单；3开关频率高，频带宽，响应速度和稳速精度好，电枢电流容易连续；4调速范围宽。

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。

实验一 实验二 实验三 实验四 实验五实验五实验五 双闭环直流调速系统实验双闭环直流调速系统实验一．实验目的一．实验目的⒈ 熟悉双闭环直流调速系统的组成、工作原理、调试方法。

⒉ 了解双闭环直流调速系统的静态和动态特性。

二．实验设备二．实验设备⒈ MCL –⒈ MCL – 31 31 31 低压控制电路及仪表。

低压控制电路及仪表。

低压控制电路及仪表。

⒉ MCL –⒉ MCL – 32 32 32 电源控制屏。

电源控制屏。

电源控制屏。

⒊ MCL –⒊ MCL – 33 33 33 触发电路及晶闸管主回路。

触发电路及晶闸管主回路。

触发电路及晶闸管主回路。

⒋ MEL –⒋ MEL – 0303 03 三相可调电阻器。

三相可调电阻器。

三相可调电阻器。

⒌ MEL –⒌ MEL – 11 11 11 电容箱。

电容箱。

电容箱。

⒍ 直流电动机–发电机–测速机组。

⒍ 直流电动机–发电机–测速机组。

⒎ 万用表。

⒎ 万用表。

⒏ 双踪示波器。

⒏ 双踪示波器。

三．三． 实验原理实验原理在双闭环直流调速系统中设置了两个调节器，转速调节器的输出当作电流调节器的输入，电流调节器的输出控制晶闸管整流器的 触发装置。

触发装置。

电流调节器在里面称作内环，转速调节器在外面称作外环，这样就形成转速、电流双闭环调速系统。

双闭环直流调速系统原理图如下图所示。

速系统原理图如下图所示。

为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都采用采用 PI PI PI 调节器。

转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速跟随其给定电压变调节器。

转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速跟随其给定电压变化，稳态时实现转速无静差，对负载变化起抗扰作用，其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

最大电流。

电流调节器电流调节器 使 电流紧紧跟随其电流紧紧跟随其 给定电压变化，对电网电压的波动起及时抗扰作用，在 转速动态过程中能够获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程， 当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。

双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计一、系统结构设计：系统结构包括输入电源、PWM逆变器、直流电机、电流环和速度环。

输入电源提供电压给PWM逆变器，PWM逆变器将直流电压转换为交流电压，并通过变换器将其提供给直流电机。

同时，电流环用于控制PWM逆变器输出的电流，速度环用于控制直流电机的转速。

二、电流环控制器设计：电流环控制器根据直流电机当前的速度误差，计算所需的电流控制量。

该控制量将通过PWM逆变器的调制信号控制输出电流的大小。

电流环控制器可以采用PI控制器或者其他控制算法，根据系统要求进行选择。

三、速度环控制器设计：速度环控制器根据输入的期望转速和直流电机当前的转速误差，计算所需的电流控制量。

该控制量将通过电流环控制器的反馈信号，控制电流环控制器的输出。

速度环控制器可以采用PI控制器或者其他控制算法，根据系统的要求进行选择。

四、参数调节与优化：在系统设计完成后，需要进行参数调节和优化来使系统达到更好的性能。

参数调节可以通过试验来进行，根据试验的结果来逐步调整控制器的参数，以达到期望的控制效果。

参数优化可以通过优化算法来进行，根据系统的动态特性和性能指标进行参数优化，以提高系统的控制性能。

双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计需要考虑系统的控制精度、动态响应速度和稳定性等因素。

在实际的设计过程中，还需要考虑系统的成本和可行性等因素。

在设计完成后，还需要进行系统的实验验证，以确定系统是否满足设计要求，并进行必要的修改和改进。

总之，双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计是一个复杂的过程，需要综合考虑系统的各个方面因素，并进行系统的参数调节和优化。

只有设计合理、参数优化的系统才能提高直流电机的控制性能和精度。

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泛应用。

IGBT所构成的H型结构形式，UPW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。

转速电流双闭环pwm—m可逆直流脉宽调速系统实验报告转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验报告一、引言直流调速系统是现代工业中常用的电机调速方式之一，在实际应用中具有广泛的使用。

其中，转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统是其中一种典型的调速控制方式。

本实验旨在通过搭建转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统，研究其调速性能以及运行特点。

二、实验目的1. 理解转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统的原理和结构；2. 掌握控制脉宽调制技术在直流电机调速系统中的应用；3. 通过实验验证该调速系统的性能和运行特点。

三、实验原理转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统是将转速和电流两个回路分别采用闭环控制的直流调速系统。

其中，转速回路通过传感器对电机转速进行采集，与期望转速进行比较后，经过PID控制器得到转速控制信号，再经过比较器进行与PWM脉宽控制信号进行比较产生控制脉宽；电流回路通过采集直流电机的电流信号，经过PID控制器得到电流控制信号，再与PWM控制脉宽信号进行比较生成最终的输出脉宽。

四、实验步骤1. 搭建转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验装置；2. 设置期望转速和电流参考值；3. 分别采集电机转速和电流信号；4. 利用PID控制器对转速和电流进行闭环控制；5. 通过比较器生成脉宽控制信号，控制电机转矩；6. 记录实验数据并进行分析。

五、实验结果与分析通过实验，我们可以得到实验数据并进行分析。

其中，我们可以通过比较实际转速与期望转速的差距，来评价转速闭环控制的性能。

同时，通过比较实际电流值与期望电流值之间的差距，来评价电流闭环控制的性能。

根据实验数据，我们可以得到转速与电流控制的准确性、稳定性以及响应速度等指标，评估整个调速系统的性能。

六、结论通过实验，我们成功搭建了转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验装置，并完成了相关实验。

根据实验结果分析，我们可以评估该调速系统的性能和运行特点。

交直流调速课程设计任务书1、题目：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计2、设计目的1对先修课程（电力电子学、自动控制原理等）的进一步理解与运用2运用《电力拖动控制系统》的理论知识设计出可行的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。

也可以制作硬件电路。

3同时能够加强同学们对一些常用单元电路的设计、常用集成芯片的使用以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。

达到综合提高学生工程设计与动手能力的目的。

3、系统方案的确定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。

为了发挥同学们的主管能动作用，且避免方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数有同学自己选定。

1主电路采用二极管不可控整流，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；2速度调节器和电流调节器采用PI调节器；3机械负载为反抗性恒转矩负载，调速范围D=2；系统飞轮矩（含电机及传动机构）4主电源：可以选择单相交流220V供电；变压器二次电压为67V；1他励直流电动机的参数：略4、设计任务1总体方案的确定；2主电路原理及波形分析、元件选择、参数计算；3系统原理图、稳态结构图、动态结构图、主要硬件结构图；4控制电路设计、原理分析、主要元件、参数的选择；5调节器、PWM信号产生电路的设计；6检测及反馈电路的设计与计算；5、课程设计报告的要求：1不准相互抄袭或代做，一经查出，按不及格处理；2报告字数：不少于8000字（含图、公式、计算式等）。

3形式要求：以《福建农林大学本科生课程设计》（工科）的规范化要求撰写。

要求文字通顺、字迹工整、公式书写规范、报告书上的图表允许徒手画，但必须清晰、正确且要有图题。

4必须画出系统总图，总图不准徒手画，电路图应清洁、正确、规范。

双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计本文设计的是一种具有双闭环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统，
该系统由可控硅恒流源、调节电阻、调速电机、反馈传感器以及控制器等
组成。

这种设计可以在变频调速时，由于机械无源滤波器的原因，输出电
压可能抖动，因此采用双闭环系统来抑制调速器的输出抖动，从而实现高
精度的调速控制。

具体而言，设计的系统由可控硅恒流源、调节电阻、调速电机、反馈
传感器以及控制器等组成。

可控硅恒流源通过改变晶闸管的势垒值来控制
调速电机的负载电流，调节电阻的作用是控制恒流源的过载，调速电机负
责驱动负载，反馈传感器用来捕捉负载转速信号，通过比较控制器设定的
参考值和实际转速值来实现双闭环控制。

此外，在控制器中还设置了系统节拍、增量式比较器、PID控制算法等，系统节拍的作用是帮助控制器对转速信号进行采样，以便有效地调节
调速电机的转速，增量式比较器用来比较参考值和实际转速，得出调节量，最后PID控制算法将比较器的调节量与恒流源的控制电流相乘，得出控制
调速电机的PWM信号，从而实现对调速电机的调速控制。

U g不变，改变R G使I d 逐渐下降，测出相应的转速n及电流平均值I d。

2．系统闭环特性的测定：将电流反馈量调节电位器调到最高端。

转向选择开关拨至“正向”，U g >0，电动机启动后，测量测速发电机输出电压，将高电位端接入速度反馈的T1端，低电位端接入T2 端，以保证速度反馈为负值。

闭环机械特性的测定：1) 调节给定U g 、转速反馈和电流反馈调节电位器使电机转速n=1200rpm，这时U n=-0.9V，U i =0.4V，U g =1.89V。

改变负载电阻R G ,将平均电流I d 及转速n记录下来。

2) 调节给定U g 、转速反馈和电流反馈调节电位器使电机转速n=1000rpm，这时U n=-0.76V，U i =0.33V，U g =1.58V。

改变负载电阻R G ,将平均电流I d 及转速n记录下来。

3) 将转向选择开关为“反向”重复确定测速发电机电压的接入极性；再测定其闭环机械特性。

闭环控制特性的测定：调节给定Ug 及负载电阻RG ，使系统稳定在Id =Ied ，n=1200rpm，逐渐降低Ug ，记录相关的Ug 与n。

实验数据及结果：系统的开环特性n =f（I d）n（rpm）1130116011901225126512881300I d（A）0.90.80.70.580.450.40.37电动机转速接近n=l200rpm，闭环机械特性n =f(I d)n（rpm）1168114611161101108210681002I d（A）0.630.70.80.850.90.950.99电动机转速接近n=1000rpm，闭环机械特性n =f(I d)n（rpm）1003100210011000995968905I d（A）0.560.680.760.870.940.960.99正转时，闭环控制特性n = f(U g)n（rpm）117211001000902791692594 U g（V） 4.06 3.78 3.41 3.07 2.69 2.35 2.02反转时，闭环控制特性n = f(U g )n （rpm ） 1168 1096 997 902 805 699 596 U g （V ）4.023.773.433.12.762.392.04结果分析：跟据实验数据计算可得，当系统开环运行时，S=20.8%，当系统闭环运行时，1200|14.3%N S ==，1000|9.7%N S ==。

转速电流双闭环pwm—m可逆直流脉宽调速系统实验报告1、学习电机调速控制中的双闭环控制模式；2、熟悉可逆直流电动机的控制方法；3、掌握基于PWM技术的直流电机调速系统的实现方法；4、加深对电路原理的理解。

实验原理：1、PWM技术PWM即脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），通过调节脉冲宽度的大小来改变电平的占空比，从而实现对电路的控制。

2、电机调速控制中的双闭环控制模式双闭环控制模式包含了一个速度环和一个电流环。

速度环用于测量实际电机的速度，根据速度误差来调节电机的输出功率。

电流环则用于控制电机的负载，使电机能够稳定输出所需的电流。

3、可逆直流电动机的控制方法可逆直流电动机包括了正转和反转两种运动方向，根据不同的控制信号，通过调节电机旋转方向的极性和电流大小来实现电机的正反转。

实验内容：1、组装实验电路将电路原理图和电路连接示意图提供给学生，并要求学生自行组装电路，并检查电路连接是否正确。

2、验证电路工作情况使用示波器检测电路输出的PWM波形，并观察电机的正反转情况，确保PWM 输出准确可靠，电机能够正确运转。

3、对电路进行调整通过调整电路参数，如电压、频率、占空比等，观察电机运转情况的变化，确保电路调整正确。

4、记录实验数据和分析记录电路参数、电机运转情况等数据，并进行数据分析和对比，以验证实验结果的正确性。

实验结果：通过本次实验，学生熟悉了电机调速控制的基本原理和实现方法，掌握了双闭环控制模式和可逆直流电动机的控制方法，加深了对电路原理的理解。

同时，结合实验数据的分析，学生也深入了解了实验现象的机理和控制特性，对电机调速控制领域有了更加深入的认识。

双闭环可逆直流脉宽调速系统设计（附电路图及程序清单）课程设计用纸教师批阅核准通过，归档资料。

未经允许，请勿外传～双闭环可逆直流脉宽调速系统设计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，因此本次设计基于单片机89S51芯片建立了双闭环可逆直流脉宽调速系统的数学模型,设计了一套实验用双闭环可逆直流脉宽调速系统，并详细分析系统的原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。

关键词:直流电机、单片机89S51、双闭环可逆、PWM调速、仿真 - - - 1 - 课程设计用纸目录教师批阅第一章设计的内容和要求 (1)1.1 设计的目的及意义 (1)1.2 设计的任务和要求 (1)第二章方案设计...............................................................2 第三章理论分析 (3)3.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 (3)3.2 转速、电流双闭环直流调速系统的数学模型 (4)3.3 电流环的设计 (4)3.4 转速环的设计 (7)第四章系统硬件电路设计 (9)4.1 主电路设计 (9)4.2 控制电路设计 (9)4.3 驱动电路设计 (10)4.4 系统反馈检测电路设计 (11)4.5 光电隔离电路设计 (13)4.6 系统硬件电路原理图 (13)第五章软件设计 (14)5.1 程序流程图 (14)5.2 程序清单 (15)第六章调试与仿真............................................................16 第七章总结.....................................................................18 附录 (19)附录I系统硬件电路原理图 (19)附录II 程序清单………………………………………………………………20 参考文献………………………………………………………………24 - - - 2 - 课程设计用纸第一章设计的内容和要求教师批阅 1.1 设计的目的及意义通过对转速、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。

实验三十三双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）一、实验目的(1)了解PWM全桥直流调速系统的工作原理。

(2)分析电流环与速度环在直流调速系统中的作用。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理本实验系统原理框图如图5-12所示：图5-12 双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统原理框图(1)系统组成给定值U g与速度反馈量U fn叠加后经速度调节器ASR的PI调节作为电流环的给定输入，它与电流反馈量U fi叠加后经电流调节器ACR的PI调节向PWM 调节器输出一控制电平U c，PWM调制器产生一频率不变的矩形脉冲波，其脉冲宽度即占空比将随U c值的变化而改变，其占空比可调范围0 ≤ρ≤1。

此PWM 脉冲经逻辑延时，功放、隔离等处理后，送到开关器件（IGBT管）的栅极。

外加直流电源Us经H全桥逆变电路输出一与占空比ρ相对应的调制电压，经平波电抗器L d驱动直流电机M，发电机G则作为电动机的负载，由同轴上的测速发电机取得速度反馈信号。

电流反馈信号取自主电路的取样电阻Rs两端。

(2)PWM的生成原理在图5-12中，PWM调制器用于产生一路PWM脉冲波,它是由专用芯片TL494产生，其内部原理图如图5-13所示：图5-13 TL494的内部原理图在本实验中，把PWM调制器接成图5-14所示：图5-14 PWM波形发生器外围接线图上图中只利用了TL494的一组输出脉冲。

只要控制TL494的输入端即“1”脚输入一电平,即可以在输出端“8”脚相应地得到占空比可调节的PWM脉冲,其中PWM脉冲的频率为5.7KHz。

(3)H桥逆变电路结构原理H桥DC/DC逆变电路的结构图如图5-15所示。

图5-15 双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统功能原理框图本实验系统的主电路采用单极性PWM控制方式，其中主电路由四个IGBT 管构成H桥，G1～G4分别由PWM产生电路产生后经过驱动电路放大，再送到IGBT相应的栅极，用以控制IGBT管的通断。

机械设计方法学设计（论文）题目双闭环可逆直流脉宽调速系统设计与实现学院学院专业学生姓名学号指导教师2年月日双闭环可逆直流脉宽调速系统设计与实现摘要当今，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：PWM调速、直流电动机、双闭环调速目录1.任务分析 (3)1.1选择PWM控制系统的理由............................................... .. (3)1.2采用转速电流双闭环的理由 (3)1.3直流PWM传动系统结构图 (4)1.4双闭环调速系统的结构图 (5)1.5调速系统起动过程的电流和转速波形 (6)1.6 H桥双极式逆变器的工作原理 (6)1.7 PWM调速系统的静特性 (8)2.主电路设计 (9)2.1给定基准电源 (10)2.2 双闭环调节器电路设计 (11)2.2.1 电流调节器 (11)2.2.2 转速调节器 (11)2.3 控制电路的设计 (12)2.4 驱动电路设计 (13)2.5转速及电流检测电路 (14)2.5.1 转速检测电路 (14)2.5.2 电流检测电路 (14)3.调节器的参数整定 (15)3.1系统固有部分的主要参数计算 (15)3.2预先选定的参数 (16)3.3电流环的设计 (16)3.4速度环的设计 (18)4.转速及电流检测环节 (20)5.电路图总体设计 (21)6.心得及总结 (23)7.闭环控制可逆直流脉宽调速系统实验台（H桥） (23)参考文献 (28)双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计1.任务分析1.1选择PWM控制系统的理由脉宽调制器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。

电力拖动自动控制系统课程设计报告PWM控制双闭环可逆直流调速系统设计学院：信息工程学院学号：专业（方向）年级：学生姓名：扬州大学信息工程学院年月日目录1. 课程设计任务书 (1)2．课程设计技术报告 (3)2.1 方案确定 (3)2.1.1方案选定 (3)2.1.2桥式可逆PWM变换器工作原理 (3)2.1.3系统控制电路图 (6)2.1.4双闭环直流调速系统静态分析 (6)2.1.5双闭环直流调速系统稳态结构图 (7)2.2硬件结构 (9)2.2.1主电路 (9)2.2.2泵升压限制 (11)2.3主电路参数计算及元件选择 (12)2.3.1整流二极管选择 (12)2.3.2绝缘栅双极晶体管选择 (12)2.4调节器参数设计和选择 (13)2.4.1电流环的设计 (13)2.4.2转速环的设计 (16)2.4.3反馈单元 (18)2.5 系统动态结构图 (19)2.6 系统仿真3．心得体会 (20)4. 参考资料1、课程设计任务书1.1、题目PWM控制双闭环可逆直流调速系统设计1.2、设计目的和意义（1）、通过对电力拖动控制系统的设计，了解电力电子、自动控制原理及电力拖动自动控制系统课程所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力，为今后从事技术工作打下必要的基础。

（2）、运用《电力拖动控制系统》的理论知识设计出满足任务书要求的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。

1.3、技术数据（1）、他励直流电动机的参数：电枢电阻Ra=1.64Ω，电枢回路总电感L=10.2mH ，额定电流nom I =6A ，额定电压nom U =110V 。

额定转速n=1000r/min ，电流过载倍数λ=2。

励磁电压110V ，励磁电流0.4A 。

转动惯量0.0468kg.m 2,磁场与电枢互感2.17。

（2）、电枢回路总电阻R=2Ω,调速系统的最小负载电流o I =1A 。

（3）、主电源：可以选择单相交流220V 供电； （4）、稳定指标，无静差。

交直流调速课程设计任务书1、题目：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计2、设计目的1对先修课程（电力电子学、自动控制原理等）的进一步理解与运用2运用《电力拖动控制系统》的理论知识设计出可行的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。

也可以制作硬件电路。

3同时能够加强同学们对一些常用单元电路的设计、常用集成芯片的使用以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。

达到综合提高学生工程设计与动手能力的目的。

3、系统方案的确定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。

为了发挥同学们的主管能动作用，且避免方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数有同学自己选定。

1主电路采用二极管不可控整流，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；2速度调节器和电流调节器采用PI调节器；3机械负载为反抗性恒转矩负载，调速范围D=2；系统飞轮矩（含电机及传动机构）4主电源：可以选择单相交流220V供电；变压器二次电压为67V；1他励直流电动机的参数：略4、设计任务1总体方案的确定；2主电路原理及波形分析、元件选择、参数计算；3系统原理图、稳态结构图、动态结构图、主要硬件结构图；4控制电路设计、原理分析、主要元件、参数的选择；5调节器、PWM信号产生电路的设计；6检测及反馈电路的设计与计算；5、课程设计报告的要求：1不准相互抄袭或代做，一经查出，按不及格处理；2报告字数：不少于8000字（含图、公式、计算式等）。

3形式要求：以《福建农林大学本科生课程设计》（工科）的规范化要求撰写。

要求文字通顺、字迹工整、公式书写规范、报告书上的图表允许徒手画，但必须清晰、正确且要有图题。

4必须画出系统总图，总图不准徒手画，电路图应清洁、正确、规范。