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转速电流双闭环不可逆直流调速系统.doc
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2021-10-02
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转速电流双闭环不可逆直流调速系统.doc
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摘要
直流电机传统的调速方法调节精度低、能源利用率低、调速不稳定、可控性较差;而脉宽
调制〔PWM〕直流调速技术,具有调速精度高、响应速度快、调速X围宽和损耗低等特
点,不仅实现了对电机速度的实时调节,而且还表达了节约能源,经济实用的特点。本文
介 绍 了 美 国 X X仪 器 〔 T I〕 公 司 的 超 低 功 耗 1 6位 单 片 机 M S P 4 3 0 F 2 6 1 9。 基 于
MSP430F2619设计一直流电机双闭环PWM调速系统,由测速发电机检测直流电机转速
构成速度反应,利用整流桥构成电流反应。MSP430F2619完成转速、电流双闭环PI控
制器的数字控制,且单片机的定时器生成PWM波,经功率驱动芯片放大后控制直流电机
的电枢电压进展平滑调速。从而实现了控制系统简单、调速性能可靠。
关键词: MSP430,直流电机,PWM调速,双闭环控制器
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目录
摘要..............................................................................................................................................I
1引言............................................................................................................................................1
2研究课题的目的和意义............................................................................................................2
3设计要求....................................................................................................................................3
4系统总体方案设计....................................................................................................................4
5电路设计..................................................................................................................................15
6系统参数计算..........................................................................................................................16
总结............................................................................................................................................20
参考文献....................................................................................................................................21
- .可修编 .
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1引言
三十多年来,随着电力电子技术的不断进步,直流电机调速控制经历了重大的变革。首先
实现了整流器的更新换代,以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水
银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时,随着计算机技术与现代控制理论
的开展,控制电路向高集成化、小型化、高可靠性及低本钱方向开展。在全控型电力电子
器件问世后,基于脉宽调制的高频开关控制的直流脉宽调速系统〔PWM调速系统〕的应
用,不仅使直流调速系统的性能指标大幅提高,应用X围不断扩大,而且使直流调速技术
不断开展,走向成熟化、完善化、系列化、标准化。近几年来,随着单片机本钱的降低,
以单片机为控制核心的PWM 调速系统越来越多,其特点是通过程序产生控制脉冲,电路
简单;开关频率高,电流连续,谐波少;低速性能好,稳速精度高,调速X围宽。
1.1 直流电机调速技术的开展
直流电动机调速系统最早采用恒定直流电压给直流电动机供电,通过改变电枢回路中的电
阻来实现调速。这种方法简单易行、设备制造方便、价格低廉;但缺点是效率低、机械特
性软,不能得到较宽和平滑的调速性能。该法只适用在一些小功率且调速X围要求不大的
场合。 30年代末期,发电机-电动机系统的出现才使调速性能优异的直流电动机得到广
泛应用。这种控制方法可获得较宽的调速X围、较小的转速变化率和平滑的调速性能。但
此方法的主要缺点是系统重量大、占地多、效率低及维修困难。近年来,随着电力电子技
术的迅速开展,由晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统已取代了发电机-电动机调速
系统,它的调速性能远远超过了发电机-电动机调速系统。特别是大规模集成电路技术以
及计算机技术的飞速开展,使直流电动机调速系统的精度、动态性能、可靠性有了更大的
提高。如今,电力电子技术中大功率器件〔IGBT等〕的开展正在取代晶闸管,出现了性
能更好的直流调速系统[1][2]。
1.2 PWM调速技术
直流电机调速系统中应用最广的一种调速方法是:改变电枢电压调速。而传统的改变电压
方法是在电枢回路中串联一个电阻,通过调节电阻值大小改变电枢电压, 到达调速的目的
这种方法效率低、平滑度差,且转速越慢, 能耗越大,因而经济效益低。随着电力电子的
开展, 出现了许多新的电枢电压控制方法。如: 由交流电源供电, 使用晶闸管整流器进展相
控调压;脉宽调制(PWM)调压等。这些调压调速法具
有平滑度高、能耗少、精度高等优点, 在工业生产中广泛使用, 其中PWM的应用更为广泛
脉宽调制(PWM)调压[3][4]的根本原理是:利用一个固定的频率来控制电源的接通或断
开, 并通过改变一个周期内电源的接通和断开时间的长短,即用改变电机电枢〔定子〕电压
的接通和断开的时间比(占空比)来改变平均电压的大小,从而控制电机的转速。在脉宽调
速系统中,当电机通电时,其速度增加;电机断电时,其速度降低。只要按照—定的规律改变
通、断电的时间,即可使电机的速度到达并保持一稳定值,从而控制电动机的转速。因此
PWM又被称为开关驱动装置
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2研究课题的目的和意义
而在众多PWM变换器实现方法中,又以H型PWM变换器更为多见。这种电路具备电
流连续、电动机四象限运行、无摩擦死区、低速平稳性好等优点。因此,本次设计以H型
PWM直流控制器为主要研究对象。要研究PWM调速方法,不能不提到微电子技术、电力
电子技术和微机控制技术,没有这些技术的支持,我们就只能还是在走前人的老路,被模
拟、人工控制的思维所禁锢。在电动机转速控制领域,如果不能有效的引用这些技术,我
们很难有所突破,发现问题,进而有所进步。
PWM控制技术一般可分为三大类,即正弦PWM、优化PWM及随机PWM,从实现方
法上来看,大致有模拟式和数字式两种,而数字式中又包括硬件、软件或查表等几种实现
方式,从控制特性来看主要可分为两种:开环式〔电压或磁通控制型〕和闭环式〔电流或
磁控型〕。随着计算机设计技术的不断进步,数字化PWM已逐步取代模拟式PWM,成为
电力电子装置共用的核心技术。交流电机调速性能的不断提高在很大程度上是由于PWM
技术的不断进步。目前广泛应用的是在规那么采样PWM的根底上开展起来的准优化
PWM法,即三次谐波叠加法和电压空间矢量PWM法,这两种方法具有计算简单、实时控
制容易的特点。 1.2 选择PWM控制系统的理由自从全控型电力电子器件问世以后,就
出现了采用全控型的开关功率元件进展脉宽调制的控制方式,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[4]。PWM系统在很
多方面有较大的优越性:
〔1〕主电路线路非常简单,需要用到的功率器件比拟少。
〔2〕开关频率比拟高,电机损耗及发热都比拟少,电流很容易连续,并且谐波少。
〔3〕功率开关器件工作在开关状态,导通损耗比拟小,装置效率比拟高。
〔4〕低速性能比拟好,调速X围比拟宽,稳速精度比拟高。
〔5〕假设与快速响应的电动机配合,那么系统频带宽,动态响应比拟快,动态抗干
扰能力强。
〔6〕直流电源采用不控整流时,电网功率因数比相控整流器高。由于有上述优点,
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
全取代了其他调速系统,这是我们选取它作为研究对象的重要原因
- .可修编 .
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3设计要求
3.1给定条件
(1)电机参数
型号 P(对)
Z2-91-2 17 95.5 220 600 59.0 1
〔2〕折合到电机轴上的总飞轮矩
(3〕电枢电阻估算: ,
3.2技术要求
〔1〕稳态指标:无静差
〔2〕动态指标:电流超调量 ,启动到额定转速时的超调量 〔按
饱和方式算〕
〔3〕要求以转速,电流双闭环形式作为控制方案
〔4〕要求主电路采用晶闸管整流电路
,采用单相桥式全控整流电路;
,采用三相半波可控整流电路;
,采用三相桥式全控整流电路。
〔5〕要求电流检测选用交流互感器,经整流后输出电压作为反应信号
〔6〕转速反应信号也经过整流以确保极性
(7)PI调节器没有备用微分反应电路
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资源评论
- 死人赊账2023-06-04资源内容总结的很到位,内容详实,很受用,学到了~
- 2301_784629622023-06-24支持这个资源,内容详细,主要是能解决当下的问题,感谢大佬分享~
gjmm89
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