摘 要
当今，自动化控制系统己经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。
微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。
论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术。在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理，并给出了软、硬件实现方案。该方案以89C52微机为核心，分别采用了8255, 8253, 8279, ADC0809, 741914等芯片与一些外围电路。通过实时测试与调节电动机的转速/电流，此调速系统可获得快速、精确的调速效果。
关键词：直流可逆调速，数字触发，PWM，数字控制器
目 录
第1章 引言......................................................................................................……....1
1.1电气传动技术发展现状.......................................... .............................……......1
1.2微机控制电机的发展和现状.........................................................…….............1
1.3电机微机控制系统的特点...............................................................……...........2
1.4本课题在实际应用方面的意义和价值..........................................……............2
第2章 单闭环控制直流脉宽调速系统...................................................…….......... 4
2.1单闭环直流调速系统简介...............................................................…….......... 4
2.1.1直流电动机的调速方案.........................................................……............. 4
2.1.2调速系统的静态指标........................................ ......................……............5
2.2开环系统机械特性和闭环系统静特性.........................................….................6
2.3采用比例调节器的单闭环控制脉宽调速系统..............................…................7
2.4比例积分单闭环脉宽控制系统(无静差系统)..............................……..............8
2.5本章小结 .............................................................................................…............9
第3章 微机控制双闭环可逆直流PWM调速系统原理设计......….................... 11
3.1转速、电流双闭环调速系统及其静特性..........................…..........................11
3.1.1问题的提出......................................................................…......................11
3.1.2转速、电流双闭环调速系统的组成..........................…….......................12
3.1.3稳态结构图和静特性.............................................................…...............13
3.1.4各变量的稳态工作点和稳态参数计算..................................…..............14
3.2双闭环脉宽调速系统的动态性能...............................................…................15
3.2.1动态数学模型......................................................................…..................15
3.2.2起动过程分析..................................................................…...…...............15
3.2.3动态性能和两个调节器的作用.............................................…...............17
3.3电流调节器和转速调节器的设计................................................…...............18
3.3.1电流调节器的设计..................................................................…..............18
3.3.2转速调节器的设计..................................................................…..............19
3.4可逆PWM变换器......................................................................……...............20
3.4.1可逆PWM变换器上作原理...............................................……...............20
3.4.2 IGBT缓冲电路..................................................................…................ 23
3.5脉宽调速系统的开环机械特性...................................................…................24
3.6脉宽调速系统的电流脉动量和转速脉动量.......................................……....25
3.6.1电流脉动量.................................................................................…...........25
3.6.2转速脉动量............................................................................…................28
3.7脉宽调制器和PWM变换器的传递函数..................................…...........…....31
3.8电力晶体管的开关过程、开关损耗和最佳开关频率................…...…......... 31
3.8.1开关过程......................................................................................…..........31
3.8.1.1开通时间...............................................................................…..........31
3.8.1.2关断时间..............................................................................…...........32
3.8.2开关损耗..........................................................................................…....33
3.8.3最佳开关频率.................................................................................…...33
3.9本章小结..................................................................................................34
第4章 双闭环可逆直流PWM调速系统的硬件设计..................................…...…....35
4.1双闭环可逆直流PWM调速系统简介.........................................…........35
4.2双闭环可逆直流PWM调速系统总体设计...................................…......36
4.3主要芯片的选择 ............................................................................…......36
4.3.1单片机的选择....................................................................…............36
4.3.2 8253可编程定时器/计数器芯片.....................................…..........37
4.3.3 8279 可编程键盘、显示接口芯片................................…...........37
4.3.4 A/D转换芯片ADC0809........................................................……38
4.4高精度数字测速电路 ........................................................................…...38
4.4.1 M/T法测速原理......................................................................…...39
4.4.2数字测速硬件电路....................................................................…....40
4.5键盘/显示接口..................................................................................…....40
4.6全数字PWM调制器............................................................................…42
4.7泵升电压限制电路...........................................................................…... 43
4.8本章小结...........................................................................................…....44
第5章 调速系统的软件设计.............................................................................…...45
5.1软件设计的基本要求.......................................................................…....45
5.2软件的结构设计...............................................................................…....45
5.3软件的编制......................................................................................….....47
5.3.1微机头文件的设置.........................................................................47
5.3.2主程序设计.....................................................................................47
5.3.3数字电流调节器和数字转速调节器的算法及软件实现............49
5.4系统的软件抗干扰措施 .................................................................…...53
5.4.1模拟输入信号的噪声滤波 .............................................................53
5.4.2防止程序运行失常的软件措施 ........................................................54
5.4.3软件冗余技术 ............................................................................…....55
第6章 硬件电路的改进............................................................................................56
第7章 总结.......................................................................................................….58
参考文献..............................................................................................................…...59
致 谢...............................................................................................................……60
附录A 系统硬件原理图..................................................................................……61
附录B 系统程序清单......................................................................................…....62
