H橋可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)1

1、橋可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告CDIO項(xiàng)目報(bào)告書項(xiàng)目名稱：H橋可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn) 姓名： 班級： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 日期： 摘要在電力拖動系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)電壓的直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)速方法，除了利用晶閘管獲得可控的直流電源外，還可以利用其他可控的電力電子器件，采用脈沖調(diào)制的方法，直接將恒定的直流電壓調(diào)制為極性可變、大小可調(diào)的直流電壓，用以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)電樞電壓的平滑調(diào)節(jié)，構(gòu)成脈寬直流調(diào)速系統(tǒng)。本報(bào)告采用了PWM脈寬調(diào)制的方法，完成了H橋可逆帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)。介紹了作為PWM控制器脈沖控制芯片的SG3525和驅(qū)動芯片IR2110的引腳功能與工作原

2、理，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的選擇以及參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文重點(diǎn)介紹了H橋可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提供了通過matlab仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)效果預(yù)分析和校正處理，得到較為理想結(jié)果后進(jìn)行實(shí)際操作和調(diào)試的實(shí)驗(yàn)思路。關(guān)鍵詞：PWM脈寬調(diào)制 單閉環(huán)直流調(diào)速 SG3525 matlab仿真前言1.項(xiàng)目研究報(bào)告的目的：本項(xiàng)目研究目的在于通過對H橋可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，加深學(xué)生對電力電子拖動相關(guān)原理的認(rèn)識和理解，提高學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，鍛煉學(xué)生的動手操作能力。2項(xiàng)目研究報(bào)告的范圍：(1) H橋可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理；(2) 轉(zhuǎn)速器的選型以及參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；(3) 調(diào)速系統(tǒng)的的基本原理；(

3、4) SG3525芯片的介紹以及脈沖產(chǎn)生原理及控制接線；(5) IR2110的脈沖功率放大原理及控制接線。(6) 相關(guān)電路設(shè)計(jì)：控制電路設(shè)計(jì)；主電路設(shè)計(jì)；保護(hù)電路設(shè)計(jì)；供電電源設(shè)計(jì)；操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3.該領(lǐng)域所做工作和研究概況對H橋電路工作的了解，對電路板及元件進(jìn)行了解和認(rèn)識。對單閉環(huán)原理進(jìn)行了解和運(yùn)用。學(xué)習(xí)并自行設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)以及需要的電阻電容的大小。4.研究報(bào)告的意圖和實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果設(shè)計(jì)成單閉環(huán)直流調(diào)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以動態(tài)和靜態(tài)性能設(shè)計(jì)好各個(gè)環(huán)節(jié)所用器件的具體參數(shù)。做出仿真，由于時(shí)間急迫性?？梢韵茸龀鲩_環(huán)實(shí)驗(yàn)和單閉環(huán)。完成電機(jī)的啟動和調(diào)速。5.項(xiàng)目組分工：主電路控制電路設(shè)計(jì)：參數(shù)的計(jì)算：計(jì)算機(jī)

4、仿真：焊接、調(diào)試：實(shí)驗(yàn)報(bào)告：目錄摘要.2前言.3第一章調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).5、動靜態(tài)性能指標(biāo)規(guī)劃.5 1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析.5 1.2 基于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì).6 1.3 直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能分析 .8 1.4 基于動態(tài)性能指標(biāo)及系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì).10 2、控制系統(tǒng)動、靜態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立11 2.1 雙極性控制的橋式可逆PWM變換器的工作原理.11 2.2 SG3525芯片工作原理13 2.3 控制電路具體設(shè)計(jì).16 3、 調(diào)速系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16 4、 調(diào)節(jié)器選型及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)16 4.1 方案一參數(shù)設(shè)計(jì).16 4.2 方案二參數(shù)設(shè)計(jì)19第二章

5、電源及操作系統(tǒng)設(shè)計(jì).19第三章 計(jì)算機(jī)仿真.191、 方案一matlab 仿真202、 方案二matlab仿真.21第四章 總結(jié).22參考文獻(xiàn) 23 第一章調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、動靜態(tài)性能指標(biāo)規(guī)劃1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析直流電動機(jī)具有良好的起、制動性能，可在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速。廣泛應(yīng)用于需要調(diào)速和快速正反向變化的電力拖動領(lǐng)域中。 直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和其它參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可用（11）式表示 （11）式中 U電樞供電電壓； 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)； R電樞回路總電阻； n電動機(jī)轉(zhuǎn)速；I電樞電流； 調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三種方法：（1）調(diào)節(jié)電樞的供電電壓U來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；改變電樞回路電阻R或減弱電

6、機(jī)勵(lì)磁磁通調(diào)節(jié)。在自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以改變電壓調(diào)速為主。靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求電力傳動自動控制系統(tǒng)能在最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并且要求在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，速度穩(wěn)定；動態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求系統(tǒng)啟動、制動快而平穩(wěn)，并且具有良好的抗擾動能力?？箶_動性是指系統(tǒng)穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速上運(yùn)行時(shí)，應(yīng)盡量不受負(fù)載變化以及電源電壓波動等因素的影響。靜態(tài)性能指標(biāo)1.調(diào)速范圍電動機(jī)在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)限定的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用D來表示 （12）2.靜差率系統(tǒng)在一轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，當(dāng)負(fù)載由空載增加到額定值的時(shí)候?qū)?yīng)的轉(zhuǎn)速降落和理想空載轉(zhuǎn)速的比值，稱作為靜差率s，表示為 （13） 顯而易見，靜差率它是

7、用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載發(fā)生變化的時(shí)候其轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度。同樣情況下當(dāng)機(jī)械特性硬度變大，就會變小，從而靜差率也就變小，最終轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就提高了。事實(shí)上，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所提靜差率要求的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。脫離了對靜差率的要求。任何調(diào)速系統(tǒng)都可以得到極高的調(diào)速范圍；反過來，脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了。1.2 基于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)速原理根據(jù)自動控制原理，反饋控制閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載

8、引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將使調(diào)速系統(tǒng)能減少轉(zhuǎn)速降落。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在有反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)里，安裝測速發(fā)電機(jī) TG與電動機(jī)同軸運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)可以引出負(fù)反饋電壓，它被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比。和給定電壓比較后，就得出轉(zhuǎn)速偏差電壓Un，在經(jīng)過放大器 A的放大作用，最總控制電力電子變換器UPE的電壓得以產(chǎn)生，用它來控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速n。 轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系由圖看來，閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降。帶有比例放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差系統(tǒng)，而積分控制

9、可以使系統(tǒng)在無靜差的條件下恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要求穩(wěn)態(tài)無靜差，則要求調(diào)節(jié)器帶有積分環(huán)節(jié)。 1.3 直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能分析 動態(tài)性能指標(biāo)是實(shí)際生產(chǎn)對控制系統(tǒng)的動態(tài)性能有一定的要求，經(jīng)過折算和量化表示出來的。其動態(tài)性能指標(biāo)包括了其對給定的跟隨性能指標(biāo)和其對擾動輸入的抗擾性能指標(biāo)。1.跟隨性能指標(biāo) 在給定信號R(t)的作用下，系統(tǒng)輸出量C(t)的變化規(guī)律可以通過跟隨性能指標(biāo)來描述。當(dāng)給定信號不同時(shí)，輸出的響應(yīng)也就不一樣。通常情況下輸出量的初始值為零的時(shí)候，在給定信號階躍變化的情況下的過渡過程來作為典型的跟隨過程，這時(shí)候的動態(tài)響應(yīng)又我們又叫做階躍響應(yīng)。在一般的情況下我們希望階躍響

10、應(yīng)中的輸出量c(t)和其穩(wěn)態(tài)值的盡可能的小，而達(dá)到的時(shí)間盡可能的快。通常用用來作為階躍響應(yīng)的跟隨性能的指標(biāo)有：上升時(shí)間，超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間三個(gè)量。下面分別介紹： 1）.上升時(shí)間 在典型的階躍響應(yīng)跟隨的過程中，輸出量從零開始起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值是所用的時(shí)間我們稱之為上升時(shí)間，它可以表示系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的快速性，見圖12。圖12 輸出量與時(shí)間關(guān)系 2）.超調(diào)量在典型的階躍響應(yīng)跟隨系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出量超出了穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量在與穩(wěn)態(tài)值的比值，叫做超調(diào)量： 反映了系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。系統(tǒng)的超調(diào)量越小，則表示系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性越好，即就是系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)比較平穩(wěn)。 3）.調(diào)節(jié)時(shí)間 調(diào)節(jié)時(shí)間是衡量系統(tǒng)的整個(gè)調(diào)節(jié)過程快慢

11、的物理量。從原則上講它是從給定量階躍變化起到輸出量完全穩(wěn)定下來時(shí)的時(shí)間。但對于線性的控制系統(tǒng)而言，原則上要等到才是真正的穩(wěn)定下來了，可是在實(shí)際的系統(tǒng)中由于存在一些非線性的因素致使其不用這樣。通常，我們一般在響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取的范圍作為允許的誤差帶并認(rèn)為響應(yīng)曲線達(dá)到了并且再也不超出次范圍的時(shí)候所需要的最短的時(shí)間定義為調(diào)節(jié)時(shí)間，如圖12。 2.抗擾性能指標(biāo) 抗擾過程是在系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行中，突然加上負(fù)載階躍擾動后輸出的動態(tài)相應(yīng)過程，并根據(jù)這個(gè)指標(biāo)來定義抗擾動態(tài)的性能指標(biāo)，見圖13。同常我們用到的抗擾性能指標(biāo)分為動態(tài)降落和恢復(fù)時(shí)間： 1）.動態(tài)降落 動態(tài)降落：在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，突然給其加一定的擾動

12、而后引起的轉(zhuǎn)速的最大降落值。用輸出量原穩(wěn)態(tài)值的百分?jǐn)?shù)來表示。輸出量在動態(tài)降落后慢慢的恢復(fù)最后達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值是該系統(tǒng)在此次擾動下的穩(wěn)態(tài)降落。 2）.恢復(fù)時(shí)間 系統(tǒng)從階躍擾動的作用開始計(jì)時(shí)直到系統(tǒng)的輸出量基本上恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，即距離新的穩(wěn)態(tài)值的差進(jìn)入了某一基準(zhǔn)量的范時(shí)總共花費(fèi)的時(shí)間，我們定義其為恢復(fù)時(shí)間，其中叫做抗擾指標(biāo)中輸出量的基準(zhǔn)值。 在實(shí)際系統(tǒng)中由于對于各種動態(tài)指標(biāo)的要求不同工程各有不同，所以通常要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體要求而設(shè)定。不過一般來說，調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主7。1.4 基于動態(tài)性能指標(biāo)及系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)反饋控制系統(tǒng)對被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動都有抑

13、制功能。擾動除給定信號外，作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會引起輸出量變化的因素都叫做“擾動作用”。 這里調(diào)速系統(tǒng)的擾動源有以下幾種：（1）負(fù)載變化的擾動（使變化）；（2）交流電源電壓波動的擾動（使變化）；（3）電動機(jī)勵(lì)磁的變化的擾動（造成變化 ）；（4）放大器輸出電壓漂移的擾動（使變化）；（5）溫升引起主電路電阻增大的擾動（使R變化）；（6）檢測誤差的擾動（使變化）。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用 在設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，常常會遇到動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況，這是可以設(shè)計(jì)動態(tài)校正環(huán)節(jié)，來同時(shí)滿足動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。由靜態(tài)設(shè)計(jì)要求得，調(diào)節(jié)器要包含積分環(huán)節(jié)，所以可以選擇比例積分調(diào)節(jié)器

14、或者比例積分微分調(diào)節(jié)器。本設(shè)計(jì)中選擇了后者，原因在后面的內(nèi)容中加以詳述。2、控制系統(tǒng)動、靜態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立2.1 雙極性控制的橋式可逆PWM變換器的工作原理PWM系統(tǒng)在許許多多的方面都有很大的優(yōu)點(diǎn)例如： (1) PWM系統(tǒng)的主電路線路簡單，需用的功率器件少；(2)由于其功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，以致其導(dǎo)通損耗小，而開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不是很大，從而裝置效率較高；(3)系統(tǒng)的開關(guān)頻率高，因此其電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都比較小；(4)直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)效率因數(shù)比相控整流器高。(5)低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：10000左右；(4)若與快速響應(yīng)的電動機(jī)配

15、合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗干擾能力強(qiáng)； 橋式可逆PWM變換器 橋式（亦稱H型）電路如圖所示。橋式可逆PWM變換器 雙極式控制可逆PWM變換器的4個(gè)驅(qū)動電壓波形如下圖所示。雙極式控制可逆PWM變換器的驅(qū)動電壓、輸出電壓和電流波形 它們之間的關(guān)系是：Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3。當(dāng)變換器在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)時(shí)，在0t<ton的時(shí)間段里，Uab= Us，它的電樞電流Id會沿著圖中所示的回路1流動；而在tont<T時(shí)間段，這時(shí)的驅(qū)動電壓反相，電樞電流Id就沿著回路2在經(jīng)二極管續(xù)流，Uab=-Us。所以，Uab在一個(gè)周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形，這就是所謂的雙極式的由來。 圖中同

16、樣畫出了其輸出電壓和電流波形。是一般負(fù)載狀況，它的脈動電流的方向一直都為正；是輕載時(shí)候的電流，可是其電流在正負(fù)方向之間變化，但平均值卻是正值，就等于其負(fù)載電流。由圖分析可見電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)就表現(xiàn)在其驅(qū)動電壓的正脈沖和負(fù)脈沖的寬度上面。如果正脈沖比負(fù)的寬時(shí)，即ton>T/2,則Uab的平均值就為正，電動機(jī)就正轉(zhuǎn)，反之，則反轉(zhuǎn)；當(dāng)正、負(fù)脈沖相等是，即t=T/2,平均輸出電壓就為零，這時(shí)電動機(jī)就停止。 雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為： （15）雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有很多優(yōu)點(diǎn)，列舉如下幾點(diǎn)：（1）電流一定是連續(xù)的；（2）當(dāng)電動機(jī)停止時(shí)會有微振電流，這樣能消除靜摩擦死區(qū)；（3

17、）在四個(gè)象限中電動機(jī)均可運(yùn)行；（4）即使在低速的時(shí)候，每個(gè)開關(guān)器件仍有驕狂的的驅(qū)動脈沖，這樣就有利于使器件可靠的導(dǎo)通（5）低速時(shí)平穩(wěn)性好，并且系統(tǒng)調(diào)速范圍能夠達(dá)到1：20000附近； 但是雙極式控制方式也不是十全十美的：例如在工作中，4個(gè)開關(guān)器件很可能均處在開關(guān)的狀態(tài)，這時(shí)開關(guān)損耗就會大，因此在切換的時(shí)候就或許發(fā)生上、下橋臂直通的現(xiàn)象，所以防止直通的方法是在上、下橋臂的驅(qū)動脈沖之間應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)?；蛘呤怯脝螛O式來控制，這樣就使一部分器件總是處在常通或著常斷的狀態(tài)，從而來減少開關(guān)的次數(shù)和開關(guān)的損耗，進(jìn)而提高可靠性，但是這時(shí)系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能可能會略有下降。2.2 SG3525芯片工作原理 隨著電

18、能變換技術(shù)的發(fā)展，功率MOSFET在開關(guān)變換器中開始廣泛使用，為此美國硅通用半導(dǎo)體公司(Silicon General)推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動N溝道功率MOSFET。其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評。SG3525系列PWM控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個(gè)等級。下面我們對SG3525特點(diǎn)、引腳功能、工作原理以及典型應(yīng)用進(jìn)行介紹。SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)系統(tǒng)，因

19、此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電阻。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT引腳和Discharge引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。SG3525的軟啟動接入端(引腳8)上通常接一個(gè)軟啟動電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容接入端相連的PWM比較器反向輸入

20、端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM鎖存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。圖3-2 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖外接關(guān)斷信號對輸出級和軟啟動電路都起作用。當(dāng)Shut do

21、wn(引腳10)上的信號為高電平時(shí)，PWM鎖存器將立即動作，禁止SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動電容將開始放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動過程。注意，Shut down引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響SG3525的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動電容將開始放電。此外，SG3525還具有以下功能，即無論因?yàn)槭裁丛蛟斐蒔WM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號到來，PWM鎖存器才被復(fù)位。SG3525采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案,適合于各種開關(guān)電源,斬波器的控制。其內(nèi)部包含精

22、密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器等,并含有欠壓鎖定電路,閉鎖控制電路和軟起動電路。采用集成芯片產(chǎn)生PWM 信號進(jìn)行控制具有線路較為簡單，易于控制，無需編程等特點(diǎn)，是目前PWM常用的方法。美國硅通公司的SG3525是性能優(yōu)良，功能齊全，通用性強(qiáng)的單片集成PWM 控制器。脈寬調(diào)制信號由SG3525產(chǎn)生。如圖3-2所示： 主要由以下部分組成：(1) 基準(zhǔn)電壓調(diào)整器。基準(zhǔn)電壓調(diào)整器輸出電壓為5.1 V，且有短路保護(hù)。它供給所有內(nèi)部電路，同時(shí)又可作為外部基準(zhǔn)參考電壓。(2) 振蕩器。振蕩器的振蕩回路由電阻和電容元件構(gòu)成，改變充電電容的大小即可改變鋸齒波的頻率，即振蕩器的振蕩頻率。此電路

23、中，RS放電電阻較小，所以形成的鋸齒波波形后沿較陡。(3) 誤差放大器及補(bǔ)償輸入誤差放大器是差動輸入的放大器，本電路在補(bǔ)償端9引入幅值可調(diào)的ACR的輸出信號。(4) 鎖存器。鎖存器接收比較器的輸出信號，它有關(guān)閉電路和振蕩器輸出時(shí)間脈沖復(fù)位。這樣，當(dāng)關(guān)閉電路動作， 即使過流信號立即消失，鎖存器也可維持一個(gè)周期的關(guān)閉控制，直到下一個(gè)周期時(shí)鐘信號使鎖存器復(fù)位為止。另外，由于PWM鎖存器將比較器來的置位信號鎖存，消除了系統(tǒng)所有的跳動和振蕩信號。只有在下一個(gè)時(shí)鐘周期才能重新復(fù)位.有利于提高可靠性，經(jīng)過鎖存器的輸出為PWM。 (5) 輸出11, 12及14端連結(jié)在一起，由13端輸出信號，這樣就保證了13端

24、的輸出與鎖存器的輸出一致。振蕩器產(chǎn)生近似的鋸齒波，鋸齒波的頻率由和振蕩器相連接的外接的電阻電容決定，同時(shí)對應(yīng)于鋸齒波的下降沿產(chǎn)生一時(shí)鐘脈沖CP；在時(shí)鐘脈沖CP的作用下，分相器（T觸發(fā)器）的兩輸出端產(chǎn)生兩相位相反的方波信號，其頻率是鋸齒波頻率的一半；誤差放大器是差動輸入放大器，同相輸入端端2接給定電壓，閉環(huán)控制制時(shí)反向輸入端1接反饋電壓，端9和端1之間接入適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)構(gòu)成調(diào)節(jié)器可滿足系統(tǒng)動靜特性的要求；外加于端9的信號和誤差放大器的輸出疊加于比較器的一反向輸入端，比較器的同相輸入端加振蕩器產(chǎn)生的鋸波信號，這樣比較器的輸出端產(chǎn)生PWM 信號，改變外加于端9 的信號或來自于端2的反饋信號或端1的給

25、定信號均可改變PWM 信號的占空比；內(nèi)部PWM 鎖存器可以使關(guān)閉更可靠；兩個(gè)輸出級結(jié)構(gòu)是一樣的，門電路輸出上側(cè)為或非門，下側(cè)為或門，門電路的輸入A端，C端和D端所加的信號是一樣的，分別是欠壓鎖定輸出，時(shí)鐘脈沖CP 和來自鎖存器的PWM信號，分相器的兩輸出端分別加到兩輸出級的門電路B 端，由于分相器輸出兩相位相反的方波。因此芯片兩對外輸出端輸出的是兩波形一樣而相位相差180°的PWM信號，而且頻率是比較器產(chǎn)生的PWM信號的一半。此外，集成電路SG3525還有欠壓鎖定電路、閉鎖控制電路和軟起動電路2.3 控制電路具體設(shè)計(jì) 控制電路設(shè)計(jì)圖如下工3、 調(diào)速系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本研究報(bào)告采用雙極性

26、PWM控制的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋橋式可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。控制部分由芯片SG3525起主要作用，調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩種方案。方案一采用工程設(shè)計(jì)法將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為典型型系統(tǒng)，使調(diào)速系統(tǒng)有良好的跟隨性能。此方案較符合實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作。方案二是采用工程設(shè)計(jì)法將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為典型型系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有更好的抗擾性能。報(bào)告將在下面仿真結(jié)果中進(jìn)行比較。4、 調(diào)節(jié)器選型及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)無論是方案一還是方案二，均采用PID調(diào)節(jié)器。主要有以下幾點(diǎn)原因：（1）根據(jù)算得參數(shù)的大小關(guān)系，選擇PID調(diào)節(jié)器更有利于設(shè)計(jì)需要（）PID調(diào)節(jié)器中包含積分環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速，同時(shí)可以保證系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性（）PID調(diào)節(jié)器中的微分環(huán)節(jié)可以起到抑制超調(diào)的作用。

27、方案一：采用PID調(diào)節(jié)器將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為型系統(tǒng) =參數(shù)如下：測速反饋環(huán)節(jié)放大系數(shù)：電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1450，給定電壓為15V，故可求得 電力電子變換器放大倍數(shù)：控制電壓的調(diào)節(jié)范圍為03.3V，電力電子變換器輸出電壓范圍為054V，故可求得 電動勢系數(shù)： 電力電子變換器失控時(shí)間常數(shù)：選用的器件開關(guān)頻率為10HZ，故取0.00001s 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) 電磁時(shí)間常數(shù)： = 機(jī)電時(shí)間常數(shù)：=額定勵(lì)磁下的直流電機(jī)分母的二次項(xiàng)可以分解為：將時(shí)間常數(shù)為0.0006s和兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并，近似為時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)其中 =0.0007sPID調(diào)節(jié)器各時(shí)間常數(shù)為： s根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)取，得 典型型系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)

28、等于截止頻率，即電力電子變換器近似為慣性環(huán)節(jié)的條件 滿足近似條件。 小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿足近似條件。 由開環(huán)放大系數(shù)可得：綜上所述，PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 調(diào)節(jié)器的電阻電容的計(jì)算 取k，根據(jù) 得k，取60k 根據(jù)，得F，取0.7F 取10K，根據(jù)s，得 F 根據(jù)，得 F方案二：采用PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為典型型系統(tǒng)第二章 電源及操作系統(tǒng)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)中供電電源先采用交流電經(jīng)變壓器降壓，再將電壓經(jīng)三相全波整流電路，得到脈動直流電壓，再經(jīng)濾波電容，其輸出電壓加在電動機(jī)兩端?？刂齐娫从蓪?shí)驗(yàn)室直接提供，也可經(jīng)降壓整流濾波過程獲得。具體進(jìn)行操作時(shí)上電時(shí)先上控制電壓再加主電路電壓，下電時(shí)先下主電，再去掉控制電壓。此項(xiàng)操作可以通過接觸器和繼電器完成。和中有一個(gè)脈沖封鎖的引腳，當(dāng)電路出現(xiàn)故障有過流時(shí)，可將脈沖封鎖，即使保護(hù)電路。第三章計(jì)算機(jī)仿真 方案一仿真結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)速 電流方案二仿真結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速電流兩種方案比較第一種方案性能更好一些，基本滿足設(shè)計(jì)要求?？傮w參數(shù)測試結(jié)果良好?？?/p>