直流电机的PWM控制器设计【完整版】.docVIP

直流电机PWM调速控制器的设计 摘 要 在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。研究直流电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速方法有着不同的应用场合。 本文基于PWM的双闭环直流调速系统进行了研究，并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。首先描述了变频器的发展历程，提出了PWM调速方法的优势，指出了未来PWM调速方法的发展前景，点出了研究PWM调速方法的意义。应用于直流电机的调速方式很多，其中以PWM变频调速方式应用最为广泛，而PWM变频器中，H型PWM变频器性能尤为突出，作为本次设计的基础理论，本文将对PWM的理论进行详细论述。在此基础上，本文将做出AT89S52单片机控制的H型PWM变频调速系统的整体设计，然后对各个部分分别进行论证，力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。 关键词：直流调速 ；双闭环 ；PWM ；AT89S52 ；直流电机 目 录 摘 要 I Abstract II 1 绪 论 1 1.1问题的提出 1 1.2 微机控制电机的发展和现状 2 1.3 电机微机控制系统 3 1.4本课题在实际应用方面的意义和价值 4 2 直流电机PWM调速系统原理设计 6 2.1 PWM脉宽调制 6 2.1.1 PWM脉宽调制介绍 6 2.1.2 PWM基本原理 7 2.2 总体方框图 7 2.3 转速、电流双闭环调速系统及其静特性 8 2.3.1 提出问题 8 2.3.2 转速和电流双闭环调速系统的组成 9 2.3.3 稳态结构图和静特性 10 2.3.4 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 11 2.4 双闭环脉宽调速系统的动态性能 12 2.4.1 动态数学模型 12 2.4.2 起动过程分析 13 2.4.3 动态性能和转速调节器、电流调节器的作用 15 2.5 电流调节器和转速调节器的设计 16 2.5.1电流调节器的设计 16 2.5.2 转速调节器的设计 17 2.6 可逆PWM变换器 18 2.6.1 可逆PWM变换器工作原理 18 2.6.2 PWM控制电路 20 2.6.3 脉宽调速系统的开环机械特性 21 2.6.4 脉宽调制器和PWM变换器的传递函数 22 3 直流电机PWM调速系统的硬件设计 23 3.1 直流电机 23 3.1.1 直流电机的结构 23 3.1.2 直流电机的基本工作原理 24 3.1.3 直流电机的调速原理 24 3.1.4 直流电机PWM调速基本原理 25 3.2 单片机控制单元 26 3.3 电源电路 27 3.4 H桥驱动电路 27 3.5 转速检测、反馈电路 28 3.6 LCD显示模块 29 4 MATLAB/SIMULINK 30 4.1 Matlab/Simulink 30 4.1.1 Matlab/Simulink 的简介 30 4.1.2 Matlab/Simulink的语言特点 31 4.2 Simulink的启动与界面说明 32 4.2.1 启动Simulink 32 4.2.2 Simulink的菜单 32 4.2.3 Simulink的功能模块组 32 4.3 Simulink的仿真过程 33 4.3.1 创建结构图文件 33 4.3.2 结构图程序设计 33 4.3.3 Simulink仿真的启动与停止 33 4.4 建立仿真模型 33 4.4.2 H桥PWM开环调速系统仿真建模 35 4.4.3 H桥PWM双闭环调速系统仿真建模 35 5 直流电机PWM调速系统仿真 36 5.1 H桥PWM开环调速系统仿真结果 36 5.2 H桥PWM双闭环调速系统的仿真结果 38 6 总 结 40 致 谢 42 参考文献 43 附录A：英文文献 44 附录B：中文文献 49 1 绪 论 本章首先介绍微机控制的发展及其现状的相关知识，然后介绍微机参与直流电机调速系统控制的相关技术及其设计软件。  1.1问题的提出 它的碳刷和滑环都要经常更换，这样的拆换工作是费时费力费财的，无疑会加重使用者的负担。因此，人们希望简单可靠低廉的交流电动机也能像直流电动机那样调速。定子调速、变极调速、滑差调速和转子串电阻调速和串极调速等调速方法应运而生，同时，由于技术的成熟，滑差电动机、绕线式电动机、同步式交流电机等随即出现，带来了电机史上的一次飞跃。但是，这些电动机的调速性能仍然不能与直流电动机相比。直到20世纪80年代，变频调速的出现才解决了直流电机调速性能好却费时费力的缺点。那么又是什么促成了变频调速的产生呢？ 电力电