全數字化雙閉環可逆直流PWM調速系統的研究

摘  要

                     

                              

    當今，自動化控制系統己經在各行各業得到了廣泛的應用和發展，而直流調速控制作為電氣傳動的主流在現代化生產中起著主要作用。本文主要研究直流調速系統，它主要由三部分組成，包括控制部分、功率部分、直流電動機。長期以來，直流電動機因其具有調節轉速比較靈活、方法簡單、易于大范圍內平滑調速、控制性能好等特點，一直在傳動領域占有統治地位。

    微機技術的快速發展，在控制領域得到廣泛應用。本文對基于微機控制的雙閉環可逆直流PWM調速系統進行了較深入的研究，從直流調速系統原理出發，逐步建立了雙閉環直流PWM調速系統的數學模型，用微機硬件和軟件發展的最新成果，探討一個將微機和電力拖動控制相結合的新的控制方法，研究工作在對控制對象全面回顧的基礎上，重點對控制部分展開研究，它包括對實現控制所需要的硬件和軟件的探討，控制策略和控制算法的探討等內容。在硬件方面充分利用微機外設接口豐富，運算速度快的特點，采取軟件和硬件相結合的措施，實現對轉速、電流雙閉環調速系統的控制。

論文分析了系統工作原理和提高調速性能的方法，研究了IGBT模塊應用中驅動、吸收、保護控制等關鍵技術。在微機控制方面，討論了數字觸發、數字測速、數字PWM調制器、雙極式H型PWM變換電路、轉速與電流控制器的原理，并給出了軟、硬件實現方案。該方案以89C52微機為核心，分別采用了8255, 8253, 8279, ADC0809, 741914等芯片與一些外圍電路。通過實時測試與調節電動機的轉速/電流，此調速系統可獲得快速、精確的調速效果。

關鍵詞：直流可逆調速，數字觸發，PWM，數字控制器

                

 Abstract

                             

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目  錄

                                 

                                 

第1章 引言……1

      1.1電氣傳動技術發展現狀 .……1

      1.2微機控制電機的發展和現狀.…….1

      1.3電機微機控制系統的特點.…….2

      1.4本課題在實際應用方面的意義和價值……2

第2章 單閉環控制直流脈寬調速系統.…… 4

      2.1單閉環直流調速系統簡介.…… 4

        2.1.1直流電動機的調速方案.……. 4

        2.1.2調速系統的靜態指標 ……5

      2.2開環系統機械特性和閉環系統靜特性.….6

      2.3采用比例調節器的單閉環控制脈寬調速系統…7

      2.4比例積分單閉環脈寬控制系統(無靜差系統)……8

      2.5本章小結 .…9

第3章 微機控制雙閉環可逆直流PWM調速系統原理設計… 11

      3.1轉速、電流雙閉環調速系統及其靜特性…11

        3.1.1問題的提出…11

        3.1.2轉速、電流雙閉環調速系統的組成…….12

        3.1.3穩態結構圖和靜特性.….13

        3.1.4各變量的穩態工作點和穩態參數計算…14

      3.2雙閉環脈寬調速系統的動態性能.…15

        3.2.1動態數學模型…15

        3.2.2起動過程分析….….15

        3.2.3動態性能和兩個調節器的作用.….17

      3.3電流調節器和轉速調節器的設計….18

        3.3.1電流調節器的設計…18

        3.3.2轉速調節器的設計…19

      3.4可逆PWM變換器…….20

        3.4.1可逆PWM變換器上作原理.…….20

        3.4.2  IGBT緩沖電路… 23

      3.5脈寬調速系統的開環機械特性.…24

      3.6脈寬調速系統的電流脈動量和轉速脈動量.……25

        3.6.1電流脈動量.….25

        3.6.2轉速脈動量…28

      3.7脈寬調制器和PWM變換器的傳遞函數….…31

      3.8電力晶體管的開關過程、開關損耗和最佳開關頻率….…. 31

        3.8.1開關過程…31

           3.8.1.1開通時間.…31

           3.8.1.2關斷時間….32

   3.8.2開關損耗…33 

   3.8.3最佳開關頻率.….33

 3.9本章小結34

第4章 雙閉環可逆直流PWM調速系統的硬件設計….…35

 4.1雙閉環可逆直流PWM調速系統簡介.…35

 4.2雙閉環可逆直流PWM調速系統總體設計.…36

 4.3主要芯片的選擇 …36

   4.3.1單片機的選擇…36

   4.3.2 8253可編程定時器/計數器芯片.…37

   4.3.3 8279 可編程鍵盤、顯示接口芯片….37

   4.3.4 A/D轉換芯片ADC0809……38

 4.4高精度數字測速電路 ….38

   4.4.1 M/T法測速原理….39

   4.4.2數字測速硬件電路…40

 4.5鍵盤/顯示接口…40

 4.6全數字PWM調制器…42

 4.7泵升電壓限制電路.…. 43

 4.8本章小結.…44

第5章 調速系統的軟件設計.….45

 5.1軟件設計的基本要求.…45

 5.2軟件的結構設計.…45

 5.3軟件的編制….47

   5.3.1微機頭文件的設置.47

   5.3.2主程序設計.47

   5.3.3數字電流調節器和數字轉速調節器的算法及軟件實現49

 5.4系統的軟件抗干擾措施 .….53

   5.4.1模擬輸入信號的噪聲濾波 .53

   5.4.2防止程序運行失常的軟件措施 54

   5.4.3軟件冗余技術 …55

第6章 硬件電路的改進56

第7章 總結.….58

參考文獻….59

致    謝.……60

附錄A  系統硬件原理圖……61

附錄B  系統程序清單…62