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。
２ 现代驱动与控嗣
双闭环可逆直流脉宽调速系统设计
李萍厉红朱涛
北京信息科技大学（１００１９２）
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＤＣ ＰＷＭ Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｄｏｕｂｌｅ Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐｓ
ＬＩＰｉｎｇ ＬＩＨｏｎｇ ＺＨＵ Ｔａｏ Ｂｅｉｊ ｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
摘要：利用Ｈ桥式电路结构，采用脉宽调制技术， 实现直流电动机四象限可逆运行。为提高系统的调速精 度和可靠性，采用转速、电流双闭环ＰＩ控制器，并设计了 带死区的ＰＷＭ脉冲发生电路、检测与保护电路以及Ｈ桥 主电路。经空载和带载测试，证明了系统的动、静态性能 指标能够满足直流电机在工业现场的应用。 关键词：直流脉宽调速双闭环直流电动机 电 路设计 中图分类号：ＴＭ３０６文献标识码：Ａ ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎｌ００６－２８０７．２０１３．０４．００６ Ａｂｓｔｒａｃｔ：４－・ｑｕｒｄｒａｎｔ ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ－－ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ） ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｈ－ Ｂｒｉｄｇｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｐｕｌｓｅ—ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｏｕｂｌｅ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ＰＷＭ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｄｅａｄ ｂａｎｄ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｈ—Ｂｒｉｄｇｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｆｔｅｒ ｂｅｉｎｇ ｔｅｓｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｎｏ—ｌｏａｄ ａｎｄ ｆｕｌｌ—ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｆｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣ ＰＷＭ ｓｐｅｅｄ－ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｄｏｕｂｌｅ ｃｌｏｓｅｄ ｒｉｎｇｓ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ
馨 曼
直流脉宽调速驱动系统的研究
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｔｈｅ ＤＣ ＰＷＭ ｓｖｅｅｄ ＲｅｇｕｌａｔｉｎｇＤｒｉｖｅｒ
张玉芝（潍坊学院，山东潍坊２６１０６１） ｚｌｌ∞ｇＹｌｕ一血（Ｗｅｉｆａｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉＤ＇，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｗｅｉｆａｎｇ ２６１０６１）
摘要：直流脉宽调速系统通过改变ＰＷＭ的占空比来实现对直流电动机的调速，系统包括控制电路、驱动电 路、主电路和保护电路的设计。驱动电路由分立元件组成，电路结构简单，保护功能由单片机实现后，本电路不需 要保护，所以系统的组成简单，造价低。主电路采用的是Ｈ桥双极性电路，使得电动机可以实现正反转。保护电 路的保护功能是把输出的电压值或电流值与给定值比较后，如果有故障向单片机发出中断申请，ＣＰＵ响应中断 后数据读入，由单片机通过软件处理完成，这种方法单片机无需进行变换时间的管理，ＣＰＵ效率高。 关键词：直流调速；数字控制；Ｈ桥双极性电路；占空比 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—０１０７（２００８）０７—００２８—０３ Ａｂｓｔｒａｏｔ：Ｔｈｅ ｔｏｐｉｃ ｄｅｓｉｇｎｓ ｔｈｅ ＤＣ ＰＷＭ Ｓｐｅｅｄ Ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ Ｄｒｉｖｅｒ Ｉｔ ｃａｎ ｒｅｇｕｌａｔｅ ｔｈｅ ＤＣ ｍｏｔｏｒ’ｓ ｓｐｅｅｄ ｂｙ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｄｕｔｙ ｒａｄｉｏ ｏｆ ＰＷＭ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏ０ｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ．ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ Ｔｈｅ ＰＷＭ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉ ｒｃｕｉｔ ｉｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ＭＣＵ ＡＴ８９Ｃ５１ ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ．ｓｏ ｉｔ ｍａｋｅｓ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｏｔｏｒ ｒｕｎ ａｔ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ．ｂｕｔ ｏｔｈｅｒ ｇｏｖｅｒｎｏｒｓ ｃａｎ ｔ ｒｅａｌｉｚｅ ｉｔ Ｄｉｖｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｂｙ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｎｅｅｄｎ’ｔ ｂｅ ｐｒｏｔｅｃｔ ａｆｔｅｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ＭＣＵ ＳＯ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｃｏｍｐｏｓｉｎｇ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｉｓ ｌｏｗ ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣ Ｍｏｔｏｒ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｔｒｏ１．Ｈ—ｂｒｉｄｇｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｄｕｔｙ Ｒａｄｉｏ ｏｆ ＰＷＭ ＣＬＣ ｎｕｍｂｅｒ：ＴＰ２７３ Ｄｏｃｕｍ￣ｔ ｃｏｄｅ：Ａ Ａｒｔｉｃｌｅ ＩＤ：１Ｏ０３－０１０７（２００８）０７—００２８—０３
1 双闭环控制的直流脉宽调速系统
一 任 务 书
设计步骤：
1 画出系统的仿真模型
2 主电路的建模与模型的参数设置
3 控制电路的建模与模型的参数设置
4 系统的仿真参数设置
5 系统的仿真，仿真结果的输出及结果分析
6 打印说明书（B5），并交软盘（一组）一张
注意事项：
1 系统建模时，将其分成主电路和控制电路两部分分别进行
2 在进行参数设置时，晶闸管整流桥，平波电抗器，直流电动机等装置的参数设计原则如下：如果针对某个具体装置进行参数设置，则对话框中的有关参数应取装置的实际值；如果不针对某个具体装置的一般情况，可先取这些装置的参数默认值进行仿真。若仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化， 最后确定其参数。
3 给定信号的变化范围，调节器的参数和反馈检测环节的反馈系数等可调参数的设置，其一般方法是通过仿真试验，不断进行参数优化。
4 仿真时间根据实际需要而定，以能够仿真出完整的波形为前提。
5 仿真算法的选择：通过仿真实践，从仿真能够进行，仿真的速度，仿真的精度等方面进行比较选择。
2 二 实验设计方法及其步骤
（一）概述
直流电动机因其性能宜于在广泛范围内平滑调速，其调速控制系统历来在工业控制具有及其重要的地位。直流调速控制系统中最典型的一种调速系统就是转速电流双闭环调速系统。自从全控型电力电子器件问世以来，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器—直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM调速系统。直流PWM调速系统作为一种新技术，发展迅速，应用日益广泛，特别在中、小容量的系统中，已取代V-M系统成为主要的直流调速方式。
PWM型系统在很多方面有较大的优越性：主电路线路简单，需要的功率器件少：开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；动态性应快，动态抗扰能力强等。因其众多优点，直流PWM调速系统的应用日益广泛，特别是在中小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了V-M系统。
