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课 程 设 计 课 程 自动控制系统设计 题 目 数字式直流脉宽调速系统设计 班 级 08 自Y2 姓 名 XXX 学 号 08XXXXXX 目 录 第一章：直流脉宽调速系统的概述 2 第二章：设计指标 3 第三章：系统总体设计方案 3 3.1总体框图 3 第四章： 硬件 4 4.1 整流电路二极管的选择 4 4.2 主电路的开关器件选取 5 4.3. 电流检测电路选择 6 4.4 转速检测电路选择 本次设计采用75CYB0型永磁直流测速发电机进行转速检测。 6 4.5 电压检测电路选择 7 4.6 控制电路 7 4.6.1 键盘电路设计 7 4.6.2 显示电路设计 7 4.6.3 转速反馈量与单片机的接口设计 7 4.6.4报警电路设计 8 第五章：软件设计 9 5.1 主程序设计 9 5.2 键盘、显示子程序设计 9 5.3 数字滤波子程序设计 11 第六章：参数计算 11 6.1 电流反馈系数β和转速反馈系数α 11 6.2 ACR的设计及simulink 11 6.3 ASR的设计及simulink 12 第七章：总结 14 第一章：直流脉宽调速系统的概述 随着电力电子学、微电子学和自动控制原理的发展，直流电动机的调速技术进一步完善。近年来，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统正逐步取代直流调速系统。然而，直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。 自从全控型电力电子器件问世以后，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。 直流脉宽调速系统是由脉宽调制变换器(简称PWM变换器)对直流电动机电枢供电的自动调速系统。脉宽调制变换器是把脉冲宽度进行调制的一种直流斩波器，其基本原理已在电力电子技术中阐述。只是由于器件的发展，同时带来交流变压变频调速的更快速发展，使得直流PWM调速还没有来得及完全占领市场，几乎是刚刚兴起，就变成了传统领域。不过，在一些仍需要使用直流电动机的场合，例如电动叉车、城市无轨电车、地铁机车等，直流PWM调速仍有用武之地。 与V-M系统相比，PWM系统在很多方面有较大的优越性： （1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2） （3）1:10000左右； （4）（5） （6）PN=20kW，nN=1500r/min，UN=220V，IN=106A，Ra=0.16Ω，R=0.6Ω，Tl=0.02s，Tm=0.24s，Unm=Uim=Ucm=10V，电枢电源采用直流脉宽调制电源供电，系统过载能力1.5，调速范围20，最高转速2000r/min，电流超调量σi≤5％f≥1kHz。 第三章：系统总体设计方案 3.1总体框图 图3-1 微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构 （1）主回路 三相交流电源经不可控整流变换为电压恒定的直流电源，再经过直流PWM变换器得到可调的直流电压，给直流电动机供电。 （2）检测回路 检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，其中电压、电流和温度检测由A/D转换通道变为数字量送入微机，转速检测用数字测速。 （3）故障综合 对电压、电流、温度等信号进行分析比较，若发生故障立即通知微机，以便及时处理，避免故障进一步扩大。 （4）数字控制器 数字控制器是系统的核心，选用专为Intel 8X196MC系列或TMS320X240系列单片微机。这种微机芯片本身都带有A/D转换器、通用I/O和通用接口，还带有一般微机并不具备的故障保护、数字测速和PWM生成功能，可简化数字控制系统的硬件电路。 第四章： 硬件 4.1 整流电路二极管的选择 可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式电路。 图3-2 桥式可逆PWM变换器 这时，电动机M两端电压UAB的极性随开关器件驱动电压极性变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，最常用的是双极式控制的可逆PWM变换器。 一般取为此峰值电压的2～3倍，所以整流二极管的正反向额定电压为： 通过二极管的峰值电流及电机最大负载时的峰值电流，为电机额定电流的5-6倍，取，则 二极管的电流有效值为，其最大峰值为。 考虑一定的安全裕量可以求得整流二极管的额定正向平均电流为： 根据整流二极管的选型手册，选取50A/1200V电力二极管作为整流电路的主开关管。 4.2 主电路的开关器件选取 根据设计的要求，选用MG200Q2YS5