1、 毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 不可逆直流 PWM 数字调速系统设计 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 直流电动机调速具有范围宽、精度高、以控制等优点。因此长期以来在生产机械中直流调速系统占领着主要地位。 直流电动机具有良好的启动性能及制动性能，其特点宜于在大范围内进行平滑调速，因此在许多需要调速或快速蒸饭箱的电力拖动领域中获得了比较广泛的应用。 直流电动机的稳态转速可表示为： 由上式刻已看出，调节直流电动机的转速 有三种方法： （ 1） 调节供电电压 U ； （ 2） 减弱励磁磁通 ； （ 3） 改变电枢回路电阻 R 。 其中， 对要求在一定范围内进行无级平滑调速
2、的系统来说，采用调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。 变压调速是直流调速系统的主要调速方法 ，系统的硬件结构包含了至少两个部分：调节直流电机点数电压的直流电源及产生被调转速的直流电机。 变压调速系统大体上又可分为 可控整流式调速系统 和直流 PWM 调速系统两种。 直流 PWM 调速系统与可控整流式调速系统相比 在很多方面有较大的优越性，并且 随着电力电子器件开关性能的不断提高 ，直流 脉宽调制 ( PWM) 技术得到了飞速的
3、发展。传统的模拟和数字电路 PWM 已被大规模集成电路所取代 ， 这就使得数字调制技术成为可能。 eKIRUn图 1 直流双闭环调速系统结构图 直流调速系统中应用最普通的方案是转速 、电流双闭环系统，采用串级控制的方式。转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度。电流负反馈环为内环，其作用是实现电动机的转距控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。转速、电流双闭环直流调速系统在突加给定下的跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。 在双闭环调速系统中，电流调节器与转速调节器都是具有限幅输出的 PI 调节器。本设计采用微型计算机实现双闭环直流调速系统的原理，可以达到比模
4、拟控制系统更优的控制效果。 如今微处理技术发展速度极快，处理器的型号层出不穷，它们性能各异，有通用 型的，也有一些专用型的。以 DSP 微处理器为核心的直流调速系统具有调速精度高，稳定性好和调速过程容易等优点。 本课题设计由直流 PWM 调制电源和直流电动机等构成的不可逆双闭环调制系统，采用由 DSP 芯片 TMS320LF2402 作为主控芯片，采用数字调节器。转速环按离散系统设计，电流环先按连续系统设计再离散化。 微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构如图 2 所示，系统由以下部分组成：主电路、检测电路、控制电路等。 图 2 微机数字控制双闭环直流 PWM 调速系统硬件结构图 二、研究的基
5、本内容，拟解决的主要问题： 1 主 要参数： PWM 装置数据： 13.0PWMR ，器件开关频率为 10KHz。 负载电机数据 : kWPN 14 ， VUN 300 ， AIN 53 ， 1500 minNnr ， 0.37aR ， 1.5 。 系统总电阻 R 为 8.0 ， sTm 29.0 。 2设计的基本内容： （ 1） 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。 （ 2）调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件与保护电路等）。 （ 3）驱动控制电路的选型设计（数字触发电路均可）。 （ 4）动态设计计算：
6、根据技术要求，对系统进行动态校正，确定 ASR 调节器与 ACR调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能 指标的要求。 （ 5）绘制直流电动机双闭环直流可逆调速系统电气原理总图，并用 orcad 或 matlab软件进行拖动控制系统仿真（建立传递函数方框图），并研究参数变化时对直流电机动态性能的影响。 （ 6） 整理设计数据资料，设计总结，撰写论文。 3设计拟解决的主要问题： （ 1）该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速范围（ D 40），系统在工作范围内能稳定工作； （ 2）系统静特性良好，无静差（静差率 S 1.5%）； （ 3）
7、动态性能指标： 转速超调量 %6n ，电流超调量 %5i ，动态最大转速降%7n ，调速系统的过渡过程时间（调节时间） s8.0ts ； （ 4）调速系统中设置有过电压、过电流等保护。 （ 5）由直流 PWM 调制电源和直流电动机等构成的不可逆双闭环调制系统，采用由DSP 芯片 TMS320LF240 作为主控芯片，采用数字调节器。 三、研究步骤、方法及措施： 1调速系统主电路元部件的确定及其参数计算： （ 1）主电路变压器的计算与器件选择； （ 2） IGBT 斩波电路调速装置结构与选择； （ 3）保护电路计算与选择。 2数字调节器设计： （ 1）电流环 ACR 调节器设计；（先 按连续系统
8、设计再离散化） （ 2） 转速环 ASR 调节器设计。（ 按离散系统设计） 3 驱动电路的选型。 4控制电路设计。 5软件设计。 6调速装置的电气原理图。 7对整个调速控制系统运用 matlab 或 ORCAD 软件进行控制系统仿真。 8设计总结。 四、参考文献 1 朱仁初 .万伯任 .电力拖动控制系统设计手册 M.北京：机械工业出版社， 1992. 2 阮毅 .陈伯时 .电力拖动自动控制系统 运动控制系统 M.第 4 版 .北京：机械工业出版社， 2009.8 3朱桂萍 .陈建业 .电力电子电路的计算机仿真 M.第 2 版 .北京：清华大学出版社，2008.11 4 王兆安 .黄俊 .电力电
9、子技术 M.第 4 版 .北京：机械工业出版社， 2000. 5 刘和平等 .TMS320LF240X DSP C 语言开发应用 M.北京：航空航天大学出版社， 2002. 6 刘和平等 .TMS320LF240X DSP 结构、原理及应用 M.北京：航空航天大学出版社，2002. 7 任兴汉 .控制系统计算机仿真 M.北京：机械工业出版社， 1988. 8 何克忠 .李伟 .计算机控制系统 M.北京：清华大学出版社， 1998. 五、研究工作进度 ： 1. 下达设计任务书，制定课题进程计划，收集资料，熟悉设计课题，提交开题报告 、文献综述、外文翻译 (2010 年 11 月 5 日至 201
10、0 年 12 月 15 日 )。 2. 进行设计 (2010 年 3 月 21 日至 2011 年 05 月 31 日 )： （ 1）系统方案的选择（ 2010 年 3 月 21 日至 2010 年 4 月 1 日）； （ 2）调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（ 2011 年 4 月 1 日至 2011 年 4 月15 日）； （ 3） 数字调节器设计 （ 2011 年 4 月 15 日至 2011 年 4 月 20 日）； （ 4） 控制电路的选型 （ 2011 年 4 月 20 日至 2011 年 4 月 30 日）； （ 5） 软件设计 （ 2011 年 5 月 1 日至 2011 年 5 月 15 日）； （ 6）对整个调速控制系统运用 matlab 软件进行控制系统仿真（ 2011 年 5 月 16 日至2011 年 5 月 20 日）。 3.绘制 电路图 ，整理、撰写毕业设计说明书 （ 2011 年 5 月 21日至 2011 年 5 月 30日） 。 4.教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩 （ 2011 年 5 月 30 日至 2011 年 6 月 1日） 。 5.毕业答辩 （ 2011 年 6 月 2 日至 2011 年 6 月 3 日） 。
