直流电动机脉宽调速控制系统的设计

课题名称直流电动机脉宽调速系统设计及实现

专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气①班 学生姓名 夏禹 学 号 8110211046 指导教师 吴生彪

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一:设计原理

1.系统设计原理

脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术,尤其是在对电机的转速控制方面,可大大节省能量,PWM控制技术的理论基础为:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。

直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为

n?Ua?Ia?RaCe? (1)

式中 Ua——电枢供电电压(V); Ia ——电枢电流(A); Ф——励磁磁通(Wb); Ra——电枢回路总电阻(Ω);

CE——电势系数, ,p为电磁对数,a为电枢并联支路数,N为导体数。 由式(1)可以看出,式中Ua、Ra、Ф三个参量都可以成为变量,只要改变其中一个参量,就可以改变电动机的转速,所以直流电动机有三种基本调速方法:(1)改变电枢回路总电阻Ra;;(2)改变电枢供电电压Ua;(3)改变励磁磁通Ф

下图为PMW直流电机设计框图 LC液D晶显示 P口 0 直流电机驱 动模块 直流电 机 80C5单片AT89C5机 P口 P口 1 加速控制端 减速控制端正转控制端反转控制停止控制2

2.PWM基本原理 脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码。简而言之,就是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度,在脉宽调速系统中,当电机通电时,其速度增加;电机断电时,其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间,即可使电机的速度达到并保持一稳定值。

3.直流电机PWM调速基本原理

PWM方式是在大功率开关晶体管的基极上,加上脉冲宽度可调的方波电压,控制开关管的导通时间t,改变占空比,达到控制目的。图1是直流PWM系统原理框图。这是一个双闭环系统,有电流环和速度环。在此系统中有两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串级连接,即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出作为PWM的控制电压。核心部分是脉冲功率放大器和脉宽调制器。控制部分采用SG1525(脉宽调制芯片SG1525具有欠压锁定、故障关闭和软起动等功能,因而在中小功率电源和电机调速等方面应用较广泛。SG1525是电压型控制芯片,利用电压反馈的方法控制PWM信号的占空比,整个电路成为双极点系统的控制问题,简化了补偿网络的设计。)集成控制器产生两路互补的PWM脉冲波形,通过调节这两路波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间,便能够实现对电机速度的控制。为了获得良好的动、静态品质,调节器采用PI调节器并对系统进行了校正。检测部分中,采用了霍尔片式电流检测装置对电流环进行检测,转速还则是采用了测速电机进行检测,能达到比较理想的检测效果。

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