PWM運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì) 摘 要速度對(duì)任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)體來說都是一個(gè)至關(guān)重要的物理量，如何快速方便地進(jìn)行速度調(diào)節(jié)是我們一直需要探索的問題。這份課程設(shè)計(jì)采用的是直流PWM調(diào)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，該調(diào)速系統(tǒng)是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。 PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論

2、思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。這份課程設(shè)計(jì)對(duì)于PWM設(shè)計(jì)的各個(gè)方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，并進(jìn)行了Proteus仿真以及Matlab中的Simulink仿真，去的了較好的結(jié)果。 關(guān)鍵詞：PWM調(diào)速；Proteus仿真；Matlab ；雙閉環(huán) 目 錄1 緒論32 設(shè)計(jì)總要求42.1設(shè)計(jì)已知參數(shù)42.2設(shè)計(jì)具體要求43 控制電路設(shè)計(jì)43.1直流調(diào)速系統(tǒng)控制方案的選擇43.2 電流環(huán)設(shè)計(jì)53.2.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)63.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器74 主電路設(shè)計(jì)84.1 PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路形式選擇84.1.1T型PWM變換器電路84.1.2H型PWM變換器電路94.2 PWM調(diào)速系統(tǒng)

3、開關(guān)電路形式選擇134.3 H型雙極性逆變器的驅(qū)動(dòng)分析145頻率電壓轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)176脈沖分配及功率放大電路設(shè)計(jì)177PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)188三角波發(fā)生器設(shè)計(jì)199Matlab仿真結(jié)果2010 設(shè)計(jì)總結(jié)21參考文獻(xiàn)231緒論轉(zhuǎn)速是機(jī)械運(yùn)動(dòng)里面的一個(gè)至關(guān)重要的物理量，如何更好更快捷方便的調(diào)節(jié)速度是人們長(zhǎng)期以來一直探索的重要方向。與交流調(diào)速系統(tǒng)相比，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣，變流裝置控制簡(jiǎn)單，長(zhǎng)期以來在調(diào)速傳動(dòng)中占統(tǒng)治地位。在要求調(diào)速性能較高的場(chǎng)合，一般都采用直流電氣傳動(dòng)。目前，通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而控制工作機(jī)械按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)行且使之滿足特定要求的新型電氣傳動(dòng)自動(dòng)化

4、技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。近幾十年來，直流電機(jī)傳動(dòng)經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。由于直流電氣傳動(dòng)技術(shù)的研究和應(yīng)用已達(dá)到比較成熟的地步，應(yīng)用相當(dāng)普遍，尤其是全數(shù)字直流系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。2 設(shè)計(jì)總要求2.1設(shè)計(jì)已知

5、參數(shù)本次課程設(shè)計(jì)所使用的電機(jī)為他勵(lì)式直流伺服電動(dòng)機(jī)，其電機(jī)參數(shù)為：Pnom=10kW，nnom=100r/min，Unom=220V，Inom=55A，Ra=0.5，L=0.0085H。系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分飛輪轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.075s，測(cè)速發(fā)電機(jī)的反饋系數(shù)=0.01178V.min/r，電流反饋系數(shù)ki=0.132V/A，2.2設(shè)計(jì)具體要求 利用MATLAB仿真環(huán)境進(jìn)行控制方案仿真設(shè)計(jì)，仿真后系統(tǒng)性能指標(biāo)為：1) 單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量小于27%；2) 單位階躍響應(yīng)的調(diào)整時(shí)間小于0.06s；3) 閉環(huán)帶寬不小于16Hz3控制電路設(shè)計(jì)3.1直流調(diào)速系統(tǒng)控制方案的選擇 1方案一、單閉環(huán)控制系

6、統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖給定電壓放大器整流觸發(fā)裝置電動(dòng)機(jī)負(fù)載 速度檢測(cè) 2方案二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖電流檢測(cè) 電壓整流觸發(fā)裝置ASRACR負(fù)載電動(dòng)機(jī)速度檢測(cè) 由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖知，方案二中采用雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)方法，相比較于單閉環(huán)系統(tǒng)多了一個(gè)電流檢測(cè)反饋，雖然相對(duì)成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對(duì)生產(chǎn)工藝的要求的滿足，既保證了穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定，同時(shí)也兼顧了啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)過程。在啟動(dòng)過程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，很好的滿足了生產(chǎn)需求。3.2 電流環(huán)

7、設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。由于電流檢測(cè)中常常含有交流分量，為使其不影響調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。圖3-1 系統(tǒng)實(shí)際動(dòng)態(tài)原理框圖在圖3-3虛線框內(nèi)的電流環(huán)中，反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉，這將給設(shè)計(jì)工作帶來麻煩。實(shí)際中，對(duì)電流環(huán)來說，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化比較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變。如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改為，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，如圖33b所示，從這里可以看出兩個(gè)濾波時(shí)間

8、常數(shù)取值相同的方便之處。3.2.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流環(huán)的控制對(duì)象由電樞回路組成的大慣性環(huán)節(jié)與晶閘管整流裝置、觸發(fā)器、電流互感器以及反饋濾波等一些小慣性環(huán)節(jié)組成。電流環(huán)可以校正成典型I型系統(tǒng)，可以校正成典型II型系統(tǒng)，校正成哪種系統(tǒng)，取決于具體系統(tǒng)的要求。 由于電路環(huán)的重要作用是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，因而在突加給定時(shí)，不希望有超調(diào)，或者超調(diào)越小越好。從這個(gè)觀點(diǎn)來說，應(yīng)該把電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)。但典型I型系統(tǒng)在電磁慣性時(shí)間常數(shù)較大時(shí)，抗擾性能較差，恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。考慮到電流環(huán)還對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)有及時(shí)的調(diào)節(jié)功能，因此，為了調(diào)高其抗繞性能，又希望把電流環(huán)校正成典型的II型系統(tǒng)。在一

9、般情況下，當(dāng)控制系統(tǒng)的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)之T1Ti10比時(shí)，典型的II型系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間還是可以接受的，因此。一般按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)。此外，為了按典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)，需要對(duì)電流環(huán)進(jìn)行必要地工程近似和等效處理。 圖3-3電樞電流的PI型電轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器3.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器把電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)接入轉(zhuǎn)速環(huán)后，由于需要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，而且在后面已經(jīng)有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)。圖3-4速度調(diào)節(jié)的PI型電流調(diào)節(jié)器結(jié)合其他組員計(jì)算所得的各主要參數(shù) 飛輪轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù) 測(cè)速發(fā)電

10、機(jī)的反饋系數(shù) =0.01178V.min/r，電流反饋系數(shù) ki = 0.132V/A;電樞回路電磁時(shí)間常數(shù) Ta=0.017S得到在Simulink環(huán)境下的仿真框圖如下：圖3-5具有直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)模型的雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4 主電路設(shè)計(jì)4.1 PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路形式選擇可逆PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式有T型和H型兩種，其基本電路如圖4-1所示，圖中（a）為T型PWM變換器電路，（b）為H型PWM變換器電路。圖4-1可逆PWM變換器電路 （a）T型 （b）H型 4.1.1 T型PWM變換器電路圖4-2 T型PWM變換器電路T型電路由兩個(gè)可控電力電子器件和與兩個(gè)續(xù)流二極管組成，所用元件少，線

11、路簡(jiǎn)單，構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)便于引出反饋，適用于作為電壓低于50V的電動(dòng)機(jī)的可控電壓源；但是T型電路需要正負(fù)對(duì)稱的雙極性直流電源，電路中的電力電子器件要求承受兩倍的電源電壓，在相同的直流電源電壓下，其輸出電壓的幅值為H型電路的一半。H型電路是實(shí)際上廣泛應(yīng)用的可逆PWM變換器電路，它由四個(gè)可控電力電子器件（以下以電力晶體管為例）和四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路，這種電路只需要單極性電源，所需電力電子器件的耐壓相對(duì)較低，但是構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)電樞兩端浮地。4.1.2 H型PWM變換器電路 圖4-3 H型PWM變換電路 H型變換器電路在控制方式上主要采用雙極式可逆PWM變換器，其主電路如圖4-1（b）所示。四

12、個(gè)電力晶體管分為兩組，VT1和VT4為一組，VT2和VT3為一組。同一組中兩個(gè)電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電壓波形相同，即，VT1和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷；，VT2和VT3同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。而且，和，相位相反，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)VT1，VT4和VT2，VT3兩組晶體管交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，變換器輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)有正負(fù)極性變化，這是雙極式PWM變換器的特征，也是“雙極性”名稱的由來。由于電壓極性的變化，使得電樞回路電流的變化存在兩種情況，其電壓、電流波形如圖4-4所示圖4-4雙極式PWM變換器電壓和電流波形 （a）電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重時(shí)（b）電動(dòng)機(jī)負(fù)載較輕時(shí) 如果電動(dòng)機(jī)的負(fù)載較重，平均負(fù)載電流較大，在時(shí)，和為正，V

13、T1和VT4飽和導(dǎo)通；而和為負(fù)，VT2和VT3截止。這時(shí)，加在電樞AB兩端，電樞電流沿回路流通（見圖4-4（b），電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。在時(shí)，和為負(fù)，VT1和VT4截止；和為正，在電樞電感釋放儲(chǔ)能的作用下，電樞電流經(jīng)二極管VD2和VD3續(xù)流，在VD2和VD3上的正向壓降使VT2和VT3的c-e極承受反壓而不能導(dǎo)通，電樞電流沿回路流通，電動(dòng)機(jī)仍處于電動(dòng)狀態(tài)。有關(guān)參量波形圖示于圖4-1（a）。如果電動(dòng)機(jī)負(fù)載較輕，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，即當(dāng)時(shí)，。于是在時(shí)，VT2和VT3的c-e極兩端失去反壓，并在負(fù)的電源電壓（）和電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E的共同作用下導(dǎo)通，電樞電流反向，沿回路流通，電動(dòng)機(jī)處于

14、反接制動(dòng)狀態(tài)。在（）時(shí)，和變負(fù)，VT2和VT3截止，因電樞電感的作用，電流經(jīng)VD1和VD4續(xù)流，使VT1和VT4的c-e極承受反壓，雖然和為正，VT1和VT4也不能導(dǎo)通，電流沿回路流通，電動(dòng)機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)時(shí)，VT1和VT4才導(dǎo)通，電流又沿回路流通。有關(guān)參量的波形示于圖4-4（b）。 這樣看來，雙極式可逆PWM變換器與具有制動(dòng)作用的不可逆PWM變換器的電流波形差不多，主要區(qū)別在于電壓波形；前者，無論負(fù)載是輕還是重，加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓都在和之間變換；后者的電壓只在和0之間變換。這里并未反映出“可逆”的作用。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)制可逆運(yùn)行，由正、負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓的脈沖寬窄而定。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，電樞兩端的

15、平均電壓為正，在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，平均電壓為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。如果正、負(fù)脈沖寬度相等，平均電壓為零，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)殡p極式可逆PWM變換器電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓為 若仍以來定義PWM電壓的占空比，則雙極式PWM變換器的電壓占空比為 改變即可調(diào)速，的變化范圍為。為正值，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；為負(fù)值，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在時(shí)，電動(dòng)機(jī)雖然不動(dòng)，但電樞兩端的瞬時(shí)電壓和流過電樞的瞬時(shí)電流都不為零，而是交變的。這個(gè)交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增加了電動(dòng)機(jī)的損耗，當(dāng)然是不利的。但是這個(gè)交變電流使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高頻微振，可以消除電動(dòng)機(jī)正、反向切換時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力

16、潤(rùn)滑”的作用，有利于快速切換。 雙極式可逆PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)是：電流一定連續(xù)，可以使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)四象限動(dòng)行；電動(dòng)機(jī)停止時(shí)的微振交變電流可以消除靜摩擦死區(qū)；低速時(shí)由于每個(gè)電力電子器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬而有利于折可靠導(dǎo)通；低速平穩(wěn)性好，可達(dá)到很寬的調(diào)速范圍。雙極式可逆PWM變換器存在如下缺點(diǎn)；在工作過程中，四個(gè)電力電子器件都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且容易發(fā)生上、下兩只電力電子器件直通的事故，降低了設(shè)備的可靠性。鑒于以上分析，本設(shè)計(jì)這里所采用的是技術(shù)性能較好、經(jīng)常采用的雙極性雙極式脈寬放大器的電路如圖4-5所示。H橋級(jí)聯(lián)型多電平變換器采用多個(gè)功率單元串聯(lián)的方法來實(shí)現(xiàn)高壓輸出，其輸出多采用多電平移相式

17、PWM控制方式，以實(shí)現(xiàn)較低的輸出電壓諧波，較小的dv/dt和共模電壓及較小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)高壓，只需簡(jiǎn)單的增加單元數(shù)即可，該種實(shí)現(xiàn)方式的技術(shù)難度小。每個(gè)功率單元都是分離的直流電源，之間是彼此獨(dú)立的，對(duì)一個(gè)單元的控制不會(huì)影響其他單元。H橋級(jí)聯(lián)型逆變器與單橋逆變器的實(shí)現(xiàn)方式主要區(qū)別在于PWM的控制方式上，本文對(duì)H橋級(jí)聯(lián)型逆變器的PWM控制方式進(jìn)行探討。脈寬調(diào)制器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定寬度可變的脈沖電壓序列，從而平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。這時(shí)電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓的極性變化而變化。其電路電流流向如圖，其用VT1,VT2,VT3

18、,VT4只能利用大功率可控開關(guān)管的特性來控制導(dǎo)通與截止。四只開關(guān)管分兩組，VT1和VT4為一組，VT2和VT3為一組。同一組中的兩只開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)截止，且兩組開關(guān)管之間可以交替的導(dǎo)通和截止。圖4-5 H形雙極式逆變器電路原理圖4.2 PWM調(diào)速系統(tǒng)開關(guān)電路形式選擇在主電路開關(guān)電路選擇過程中，考慮過大功率雙極性晶體管（GTR）、場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）等，但GTR的主要缺點(diǎn)是：開通關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)、開關(guān)功耗大、工作頻率低、熱穩(wěn)定性差、容易損壞。MOSFET的主要缺點(diǎn)是：管子導(dǎo)通時(shí)通態(tài)壓降比較大、管子功率損耗大。于是，最終選用使用三極管來控制電路。三極管的特性是：當(dāng)三極管的基極電壓UbUc時(shí)，三極

19、管此時(shí)屬于短路導(dǎo)通；當(dāng)基極電壓Ub0時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)三極管屬于短路截止。 圖4-6 三極管電路下圖是采用1N949二極管和NPN管作為開關(guān)器件的proteus布線圖如圖4-7所示： 圖4-7 1N949二極管和NPN管作為開關(guān)器件的proteus布線圖4.3 H型雙極性逆變器的驅(qū)動(dòng)分析圖4-8 H形雙極式逆變器的驅(qū)動(dòng)電壓波形 分析圖4-5、圖4-8可知，當(dāng)電源電壓Us大于電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)（如反抗轉(zhuǎn)矩負(fù)載）時(shí)，在0tTon期間，Ub1和Ub4為正，開關(guān)管VT1和VT4導(dǎo)通，Ub2和Ub3為負(fù)時(shí)，VT2和VT3截止。電樞電流Ia沿回路一（經(jīng)VT1和VT4）從A流向點(diǎn)B，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)

20、狀態(tài)。他們的關(guān)系是：。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)時(shí)，晶體管、飽和導(dǎo)通而、截止，這時(shí)。當(dāng)時(shí)，、截止，但、不能立即導(dǎo)通，電樞電流經(jīng)、續(xù)流，這時(shí)。在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖4-8所示。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，則的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為如果定義占空比，電壓系數(shù)則在雙極式可逆變換器中調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為01相應(yīng)的。當(dāng)時(shí)，為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于

21、零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)。H形雙極式逆變器電路在proteus下的實(shí)現(xiàn)如下圖： 圖4-9 H形雙極式逆變器電路在proteus下的仿真5 頻率電壓轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中LM331用作FVC的電路原理框圖如下圖5-1所示： 圖5-1 LM331用作FVC的電路原理框圖得到的仿真結(jié)果Fi和V0的關(guān)系：Fi（Hz）2006008001000V0(v)1.737545.126746.774068.48129由上面

22、的分析可以看出來當(dāng)C10取5000pF，Plused (High) Voltage=5，F(xiàn)i=200的時(shí)候可以得到最佳的仿真情況。頻率一電壓(F/V)轉(zhuǎn)換器的作用是將輸入信號(hào)頻率的變化轉(zhuǎn)換為輸出電壓的變化,即電路的輸出電壓與輸入信號(hào)的頻率成正比。F/V轉(zhuǎn)換器有著廣泛的應(yīng)用,如用在電力系統(tǒng)的自動(dòng)頻率控制,通風(fēng)系統(tǒng)解調(diào)后高頻信號(hào)載波頻率的測(cè)量,頻率表、壓控振蕩器中的控制。6 脈沖分配及功率放大電路設(shè)計(jì)脈沖分配器主要采用數(shù)字電路形式，對(duì)輸入端接收到的脈沖信號(hào)根據(jù)實(shí)際所需分配成幾路信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)不同的控制效果。功率放大電路的作用是把近制信號(hào)放大，使之能驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)管。利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)

23、效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流。設(shè)計(jì)中的控制電壓轉(zhuǎn)化為脈沖之后經(jīng)過脈沖分配和功率放大才能控制電機(jī)這部分控制電路如下圖6-1所示： 圖6-1 脈沖分配與功率放大電路7 PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單說來，PI控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：1比例環(huán)節(jié)即時(shí)成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) ，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。通常隨著 值的加大，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量加大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，但是當(dāng) 增加到一定程度，系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定。2積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分常數(shù) ， 越大，積分作用越弱，反之越強(qiáng)。通常在 不變的情況下， 越大，即積分作

24、用越弱，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量越小，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢。電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖7-1所示，按所用運(yùn)算放大器取Ro=20k，各電阻和電容值計(jì)算如下 ， 取2.4uF 取0.04uF按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo),滿足設(shè)計(jì)要求。圖7-1所示的是本次課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的PI調(diào)節(jié)器電路圖 圖7-1 PI調(diào)節(jié)電路8 三角波發(fā)生器設(shè)計(jì) 三角波發(fā)生器用于產(chǎn)生一定頻率的三角波UT，該三角波經(jīng)加法器與輸入的指令信號(hào)UI相加，產(chǎn)生信號(hào)UI+UT，然后送入比較器。比較器是一個(gè)工作在開環(huán)狀態(tài)下的運(yùn)算放大器，具有極高的開環(huán)增益及限幅開關(guān)特性。兩個(gè)輸入端的信號(hào)差的微弱變化，會(huì)使比較器輸出對(duì)應(yīng)的開關(guān)信號(hào)。一般情況下，比較器負(fù)輸入端接地，信號(hào)UI+UT從正端輸入。當(dāng)UI+UT0時(shí)，比較器輸出滿幅度的正電平；當(dāng)UI+UT0時(shí)，比較器輸