PWM直流电机双闭环调速系统设计(2)

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3.2 双闭环脉宽调速系统的动态特性17

3.2.1动态数学模型-17

3.2.2起动过程分析-18

3.2.3动态性能和两个调节器作用-19

3.3电流调节器和转速调节器的设计21

3.3.1电流调节器和转速调节器的设计-21

3.3.2转速调节器的设计-22

3.4可逆PMW变换器23

3.4.1 可逆PMW变换器的工作原理-23

3.5脉宽调速系统的开环机械特性26

第四章双闭环直流系统仿真29

4.1双闭环调速系统仿真29

4.2电流环仿真30

4.3转速环的仿真设计32

4.4仿真结果分析及总结35

结语 36

致谢 37

参考文献 38

第一章绪论

1.1引言

按照拖动的电动机的类型来划分，自动调速系统可以分为直流调速系统和交流调速系统两大类。由于直流电动机的电压、电流和磁通的耦合较弱，使直流电动机具有良好的运行性能和控制特性，能够在大范围内平滑调速，启动、制动性能良好，其在20世纪70年代以来一直在高精度，大调速范围的传动领域内占据主导地位。虽然交流调速技术的飞速发展，交流感应电动机结构简单，坚固耐用，成本低，制造维修容易，在一些场合，交流调速系统得到了广泛的应用。但是在要求高起、制动转矩，快速响应和较宽速度调节范围的电气传动领域中，仍然采用直流电动机作为调速系统的执行电机。由于直流电动机具有良好的机械特性和调速特性，调速平滑，方便，易于在大范围内进行平滑调速，过载能力较大，能够承受频繁的冲击负载，可以实现无级快速制动和反转，能够满足工业生产过程中的特殊运行要求，因此直流调速系统至今仍然被广泛用于自动控制要求较高的生产过程，仍然是调速系统的主要形式。

在传统的直流调速系统中，控制回路全部采用模拟电子器件，如晶体管、各种线性运算电路等，虽然一定程度上满足了生产过程的要求，但是因为在使用中易受外界干扰影响，线路复杂、通用性差，而且容易老化，控制系统的效果受到器件性能、温度等不确定因素的影响，致使系统的运行特性也随之变化，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，可靠性较差。

随着微电子技术、微处理器的出现和运算速度的提高以及计算机控制技术的发展电机调速系统由原来的以模拟量反馈、模拟调速器为核心的连续调速系统发展到以数字量处理为主，以微处理器为基础的数字调速系统，即从过去的模拟控制向模拟和数字混合控制发展，最后实现全数字化。数字化调速系统是指用微机处理器代替以往的模拟调速器，它具有体积小、实现方便等优点，不仅是一般的PID控制，就是复杂的矢量控制、非线性鲁棒控制、模糊控制等方法都可以通过编程实现，这给设计和构造调速系统带来了许多便利。

数字化调速系统通过数字控制器和数字触发器实现对系统调速控制，从而达到预期的控制精度和要求。调速系统的控制方案是依靠软件程序来实现，软件的模块化结构可以实时增加、更改、删减应用程序，当时及系统变化时也可以彻底更新，软件控制的这种灵活性大大增强了控制器对被控对象的适应能力，使各种新的控制策略和控制方法得到实现。

1.2课题的背景

我国从上世纪60年代研制出第一只晶闸管以来，晶闸管直流调速系统得到了快速的发展和广泛的应用。晶闸管整流装置逐渐取代了水银整流装置，使直流电力拖动完成了一次巨大的飞跃。同时，控制电路已经实现高度集成化、小型化，可靠性及低成本，以上技术的应用，使得直流调速系统的性能指标大幅度提升，应用范围不断地扩大，直流调速系统得到较大的发展。