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2、课程设计技术报告
2.1、方案确定
2.1.1 方案选定
直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，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去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。 总体方案简化图如图1所示。
Id |β R Un* ASR - |α
Ui* - ACR PWM 1/Ce n 图1 双闭环调速系统的结构简化图
用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。
2.1.2 桥式可逆PWM变换器的工作原理
脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。
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桥式可逆PWM变换器电路如图2所示。这是电动机M两端电压UAB的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。
UsVT1Ug1VD1VD3VT3Ug3MGMOTOR DCVT2Ug2VD2VD4VT4Ug4
图2 桥式可逆PWM变换器电路
双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压波形如图3所示。
Ug1Ug4tOtonUg3TUg2tOUABUstOtonT-Usidid1id2tO 图3 PWM变换器的驱动电压波形
他们的关系是：Ug1?Ug4??Ug2??Ug3。在一个开关周期内，当0?t?ton时，晶体管VT1、VT4饱和导通而VT3、VT2截止，这时UAB?Us。当ton?t?T时，VT1、
VT4截止，但VT3、VT2不能立即导通，电枢电流id经VD2、VD3续流，这时
UAB??Us。UAB在一个周期内正负相间，这是双极式PWM变换器的特征，其
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电压、电流波形如图2所示。电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄
T上。当正脉冲较宽时，ton?，则UAB的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较
2T窄时，则反转；如果正负脉冲相等，ton?，平均输出电压为零，则电动机停止。
2双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为
Ud?如果定义占空比??tonT?ton?2ton?Us????1?Us TT?T?Uton，电压系数??d
UsT则在双极式可逆变换器中
??2??1
调速时，?的可调范围为0～1相应的???1~?1。当??1时，?为正，电动机211正转；当??时，?为负，电动机反转；当??时，??0，电动机停止。但
22电动机停止时电枢电压并不等于零，
而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电动机停止时仍然有高频微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。
双极式控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点： 1）电流一定连续。
2）可使电动机在四象限运行。
3）电动机停止时有微震电流，能消除静摩擦死区。
4）低速平稳性好，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。
2.1.3 双闭环直流调速系统的静特性分析
由于采用了脉宽调制，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，电压平衡方程如下
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Us?Rid?LUs?Rid?Ldid?E (0?t?ton. )dtdid?E (ton?t?T) dt按电压平衡方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式，电枢两端在一个周期内的电压都是Ud??Us，平均电流用Id表示，平均转速n?E/Ce，而电枢电感压降Ldid的平均值在稳态时应为零。于是其平均值方程可以写成 dt?Us?RId?E?RId?Cen
则机械特性方程式
n??UsCe?RRId?n0?Id CeCe2.1.4 双闭环直流调速系统的稳态结构图
首先要画出双闭环直流系统的稳态结构图如图4所示，分析双闭环调速系统静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征。一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值；不饱和——输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当与使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是为零。
图4 双闭环直流调速系统的稳态结构框图
实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
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