微机控制直流电机双调速系统的硬件设计.docVIP

课程结业论文微机控制PWM直流双环调速系统：所在学院：信息技术学院 专 业：学生姓名： 中国·大庆 20 年 月本文给出的PWM一GTR双环直流调速系统,具有速度响应快、控制方便、调试容易等特点。文中着重阐述系统和功放电路的工作原理、数字脉宽调制器的硬件电路、软件设计方法,井给出实验结果。关健词: 脉宽调制计算机控制调速;功率晶体管在采用由脉宽调制(PWM)控制功率晶体管(GTR)所组成的直流伺服系统和直流调速系统(简称PWM一GTR直流调速系统)中,由于功率晶体管是全控式的且开关频率高(1~10KHz)因此使PWM一GTR直流调速系统比之晶闸管直流调速系统具有失控时间小,动态性能好,调速范围宽(可达6000~10000),需用的功率器件少,效率高,交流电源侧功率因数好等一系列优点。因此,自70年代后期,国外在直流伺服系统上开始使用带晶体管的脉宽调制放大器(PWM)以来,PM一GTR直流系统在国外得到迅猛的发展.尤其在中、小功率方面大有取代晶闸管直流系统(KZ一D系统)之势。在国内近年来也已引起重视,有不少单位开展了对这种新型调速系统的研究,并取得了成果。不难看出,随着国内功率电子器件的容量和质量的提高,这种新型的调速系统必将得到越来越广泛的应用。1系统的基本结构和工作原理系统的方框图如图1所示系统的电流环和速环的PJ校正以及脉宽调制器均用TP8ol单板机来实现。 系统以负反馈原理,按给定通道的数字量与反馈通道的数字量之间的偏差进行自动调节。图中,给定电压(0~SV)、转速负反馈电压(经电平转换成。~SV)、电流负反馈电压经滤波后均由ADC809蕊片转换成8位BCD码形式的数字量,经采样后进入微机。首先速度环的转速给定数字量U,与转速反馈数字量U了。在微机内进行比较,若它们不等,就产生8位数字量的偏差信号。此偏差信号经数字PI校正后成为电流环的数字给定信号U,再与定时采样得到的 电流数字反馈信号U了‘比较,得到第二次偏差 图1系统方框图 信号。再对此偏差信号进行数字PI运算(即电流环PI校正),便形成控制信规Pk最后对进行脉宽控制算法而产生与相应的时间常数去控制脉宽调制器达到控制脉宽调制信号的目的。此脉宽调制信号经延时一光隔保护环节,PWM功放环节去推动直流电动机的转速,直到反馈数字量等于给定数字量时,系统才处于新的稳定状态。系统中延时保护环节的作用是防止PWM功放电路中同一侧桥臂的两个大功率晶体管同时导通,造成电源短路而烧毁晶休管。加入PI串联校正的目的是为了改善系统的稳态精度和动态品质指标。滤波环节的加入是为了平滑反馈信号波纹,以提高A/D转换的质量。而电平转换环节的加入是为了能反映极性,满足可逆控制的需要。2系统主要组成环节 2.1脉宽调制(PWM)的驱动和功率放大电路 可逆PWM变换器的功放电路有H型和T型两种结构,本系统采用H型电路,其具体线路如图2所示。 H型PWM晶体管功率放大器(又称斩波器)是由工作在开关状态的四个功率晶体管和四个续流二极管‘组成的一个桥式电路,将电机接在两桥臂之间。加入刀‘是为了使电机电枢上的电磁能量及时通过它们释放掉,保护大功率晶体管,同时也为电机处于发电回馈制动时提供逆变通道。续流二极管的开关时间要小于大功率晶体管的开关时间。 由于拖动电机的参数为600W,Ue=220V,Ie=3.4A,所以从光电隔离器过 来的控制信号须先经由T,T12、T、T组成的左边驱动电路,或经由T、T、 T7及T组成的右边驱动电路放大后,才能推动大功率晶体管。 其工作原理简述如下:两个输入端的脉冲控制信号要严格保持反相,即。=-Ub3。T1、T4与T2、T3交替导通。当为低电平,为高电平时,则T截止,图2PWM驱动和功放电路 导通,推动T、T导通,于是TT4饱和导通,PWM斩波器输出电压为 正。一旦信号变高,则TT5、T8、T1和T延时一段时间(退饱和时间)后进入截止状态。此时若为低电平,则T、T饱和导通,输出,为负。其波形图3所示。由图可知,当导通时间;T一脉冲周期)时,即T导通时间相等,输出电压正、负半波相等,其平均值,电枢电流平均值,电机不转〔见图3)〕;当时,U0,Ia为正〔见图3(b)电流由电源十Us经电枢到地,形成回路,电机正转,当tl时0,Ia为负〔见图3〕,电机反转。而当t0时,一个周期T内只有T、T导通,图3双极性PWM斩波器输出电压和电流波形图 ,达到负的最大值,电机反向转速最高,当=T时,一个周期T内只有导通UAB=+US,达正最大值,电机正向转速最高。由上面分析可知,PWM斩波器输出电压的频率与功率晶体管开关频率相同,而其输出电压的平均值则可表示为: —为功率晶体管T1、T4导通的占空比，其值从0～1之间变化。 由式(1)可知,改变调制脉冲信号U的宽度(即改变p),就可