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1、电力拖动与运动控制系统课程设计姓 名： 专 业： 3 专 题： 双闭环直流调速系统的设计 指导教师： 设计地点： 电工电子实验中心 2012 年 4 月课程设计任务书专业年级 任务下达日期：2012年5月15日设计日期： 2012年5月21日 至 2012年6月3日设计专题题目：双闭环直流调速系统的设计设计主要内容和要求：直流调速系统凭借其优良的调速性能在现场中得到了广泛使用，虽然交流电机得到了越来越多的使用，但直流调速系统的理论完全适用于交流电机调速系统的设计。针对附录中提供的直流电机参数，进行直流电机调速系统的设计。要求该直流调速系统调速范围宽、起制动性能好、可四象限运行，具体设计内容如下
2、。1. 根据直流调速系统的要求，制定系统总体方案，主要包括如下方面：(1) 对现有的直流调速产品进行调查，并运行所学知识加以分析。要求必须给出一种具有代表性的直流调速产品，并给出系统控制框图；(2) 给出本设计中拟采用的主电路拓扑结构，并给出选择依据；(3) 采用数字处理器作为控制器，对目前调速系统中采用的数字处理器进行调查，并选择一款用于本系统的数字处理器。2. 直流调速系统的主电路设计，针对总体方案中选定的主电路拓扑结构，并结合附录中提供的直流电机参数进行如下设计：(1) 功率器件的选型，要求给出依据；(2) 针对所选择的功率器件，给出其触发或驱动电路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明；
3、(3) 根据系统控制要求，选择相应的电压、电流和温度等传感器，要求给出具体型号；(4) 要求在主回路设计中需给出相应的保护电路。3. 直流调速系统的控制理论(1) 给出双闭环直流调速系统的动态结构框图；(2) 根据直流电动机和主回路参数，确定动态结构框图的具体参数；(3) 运用工程化设计方法对直流调速系统的调节器进行参数设计，要求必须给出限幅的具体参数及依据；(4) 根据设计的PI调节器参数，要求给出带有内外限幅的PI调节器的模拟量电路图；(5) 给出直流调速系统的完整结构框图。4. 双闭环直流调速系统的Matlab仿真(1) 根据上述双闭环直流调速系统的动态结构框图，建立Matlab仿真模型
4、，并对调节器参数设计的合理性进行验证；(2) 运用Matlab/Simulink下的电机模型，建立基于电机模型的仿真模型，并对调节器的参数作出调整。5. 数字控制器的设计(1) 硬件设计：根据所选数字处理器，进行相应硬件电路的设计，要求包括PWM输出、AD采样及信号处理电路、编码器接口等；(2) 软件设计：给出双闭环直流调速系统的整体控制流程图，并给出增量式PI调节器、数字测速的程序流程框图。指导教师签字：日 期：摘 要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了
5、系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计,并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行.关键词：
6、 直流电机 直流调速系统 速度调节器 电流调节器 双闭环系统 仿真AbstractDC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth control in a wide range, bes
7、ides its control performance is excellent. Beginning with the theory of DC motor, this dissertation builts up the mathematic model of DC speed control system with double closed loops, detailedly discusses the static and dynamic state performance of the system. Afterward, according to automation ther
8、oy this papar calculates the parameters of the system. Then, this dissertation simulates and analyzes the system by means of Simulink. The results of simulation are consistent with theory calculation. Some experience was acquired through simulation. Based on the theory and simulation, this dissertat
9、ion designs a DC speed control system with double closed loops, discusses the realization of main circuit, feedback circuit, control circuit and trigger circuit. The results of experiment show that the static and dynamic state performance of this system are good, which indicate that the design can m
10、eet the requirements.Computer-aided analysis and design are carried out for speed-controlling system of the d-c motorby by using TOOL BOX and SIMULINK.Keywords: DC motor,DC governing system,speed governor,current governor,double loop control system,simulink目 录第一章 系统总体方案01.1直流调速器01.2 现有调速产品调查： 6RA70调
11、速系统01.3直流调速系统21.3.1 主电路结构及选择依据21.3.2 数字处理器的选用2第二章 直流调速系统主电路设计42.1双闭环直流调速系统硬件结构42.2主电路拓扑结构52.3桥式可逆PWM变换器52.4 器件选择82.4.1绝缘栅双极晶体管的选择82.4.2三相全波整流桥参数的计算82.4.3去耦电容92.4.4极性电容92.4.5限流电阻92.5 驱动电路102.6 保护电路112.7 泵升电压保护电路11第三章 直流调速系统参数设计133.1 双闭环直流调速系统的动态结构框图133.2电流环设计133.2.1确定时间常数143.2.2选择电流调节器参数163.2.3检验近似条件
12、163.2.4计算ACR的电阻和电容173.3转速环的设计173.3.1 确定时间常数173.3.2 ASR结构设计183.3.3 选择ASR参数183.3.4 校验近似条件183.4.5 计算ASR电阻和电容183.4.6 检验转速超调量193.4.7 校验过渡过程时间193.4 带限幅的PI调节器19第四章 双闭环直流调速系统的Matlab 仿真21第五章 数字控制器的设计235.1 硬件设计235.1.1速度检测电路235.1.2 A/D 转换电路235.1.3PWM 波形产生电路245.1.4 整流电路255.2 软件设计27附录28附录1：数字控制双闭环直流调速系统硬件结构图28附录
13、2：主电路拓扑结构图28附录3：双闭环直流调速系统的动态结构框图29附录4：双闭环直流调速系统仿真波形29附录5：器件选择30附录6：给定参数30参考文献31课程设计总结32第一章 系统总体方案1.1直流调速器直流调速器是一种电机调速装置，包括电机直流调速器、脉宽直流调速器、可控硅直流调速器等，一般为模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。具有体积小、重量轻等特点，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能
14、。本文仅对西门子SIMOREG K 6RA23/24 系列全数字直流调速产品进行简要介绍。1.2 现有调速产品调查： 6RA70调速系统西门子SIMOREG K 6RA23/24 系列全数字直流调速产品，自在中国市场推出以来，得到了广大用户的认同。最新推出的SIMOREG DC Master 6RA70 系列全数字直流调速产品，在6RA24 产品的基础上更具有以下特点: 1. 单台装置输出额定电枢电流: 15A3000A，额定励磁电流: 3A85A。装置并联后输出额定电枢电流可达12000A。2. 输入电压分为6 个等级: 400V/460V/575V/690V/830V/950V。3. 强大
15、的通讯能力。有SIMOLINK 高速直接的装置-装置通讯，还可支持PROFIBUS、CAN-BUS、DeviceNet、USS 协议等。4. 所有工艺板，通讯板及OP1S 操作面板都可与新一代的SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制交流调速产品通用。6RA70的应用：6RA70 SIMOREG DC MASTER 系列整流器为全数字紧凑型整流器，输入为三相电源，可向变速直流驱动用的电枢和励磁供电，额定电枢电流从15A 至3000A。紧凑型整流器可以并联使用，提供高至12000A 的电流，励磁电路可以提供最大85A 的电流(此电流取决于电枢额定电流)。6RA70工作方式：所有的开环
16、和闭环驱动控制及通讯功能由两台功能强大的微处理器实现，驱动控制功能可以通过参数，将软件所提供的程序块“连接”来实现。铭牌上规定的额定直流电流(连续直流电流)，在负载等级I，可以过载到180%，过载允许的持续时间由各个整流器而定。微处理器周期地计算功率部份电流的I2t 值，以确保晶闸管在过载运行时不被损坏。整流器可自动适应电源频率范围为45Hz65Hz(电枢和励磁互不相关)。工作在扩大的频率范围23Hz110Hz 需询问。设计V-M双闭环直流可逆调速系统技术数据：额定功率: 2.2kW 额定电压:220V额定电流:Ie=12.5A 额定转速: ne=1500r/min电枢回路总电阻R=2.5;
17、电磁时间常数Tl=0.010s; 机电时间常数Tm=0.073s；电动势系数C=0.1352V/（r.min-1 ) 图1-1 6RA70调速系统结构框图1.3直流调速系统1.3.1 主电路结构及选择依据直流双闭环调速系统的结构图如图1-2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。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
18、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。 图1-2 直流双闭环调速系统结构图1.3.2 数字处理器的选用早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，由运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂功能单一，而且系统非常不灵活调试困难，受到器件性能温度等因素的影响, 阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。以微处理
19、器为核心的数字控制系统，硬件电路的标准化程度高，制作成本低。软件能够进行逻辑判断和复杂的运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。此外还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。SPMC75F2413 单片机作为高性能的16 位MCU 平台，拥有多种功能模块，包括高性能的CPU 内核、高效益的中断系统、可编程I/O 口、模拟量测量用的ADC、外部通信用的同步和异步串行接口、普通的定时计数器等常见硬件模块，以及多功能捕获比较模块、BLDC 电机驱动专用位置侦测接口、两项增量编码器接口、能产生各种电机驱动波形的PWM 发生器等特殊硬件模块。同时
20、，SPMC75F 系列单片机内部还集成了32KWords 的Flash 和2K Words 的SRAM。 图1-3数字处理器硬件系统第二章 直流调速系统主电路设计2.1双闭环直流调速系统硬件结构根据系统原理我们设计了数字控制双闭环直流调速系统硬件结构，如图2-1所示，系统的特点：双闭环系统结构，采用微机控制；全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和检测；采用数字PI算法。由软件实现转速、电流调节系统由主电路、检测电路、控制电路、给定电路、显示电路组成。主电路：三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源，再经过直流PWM变换器得到可调的直流电压，给直流电动机供电。检测回路：包括电压、电流、温
21、度和转速检测。电压、电流和温度检测由 A/D 转换通道变为数字量送入微机；转速检测用数字测速（光电码盘）。故障综合：利用微机拥有强大的逻辑判断功能，对电压、电流、温度等信号进行分析比较，若发生故障立即进行故障诊断，以便及时处理，避免故障进一步扩大。这也是采用微机控制的优势所在。图2-1 数字控制双闭环直流调速系统硬件结构图2.2主电路拓扑结构主电路由二极管整流器 UR、PWM 逆变器 UI 和中间直流电路三部分组成，一般都是电压源型的，采用大电容 C 滤波，同时兼有无功功率交换的作用。可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图3-2为桥式可逆PWM变换器。这时电动机
22、M两端电压 的极性随开关器件驱动电压极性的变化而变化，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，本设计用的是双极性控制的可逆PWM变换器。双极性控制的桥式可逆PWM变换器有电流一定连续、可使电动机在四象限运行、电动机停止时有微振电流可消除静摩擦死区、低速平稳性好等优点。 图2-2主电路拓扑结构2.3桥式可逆PWM变换器可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H型）电路，如图2-3所示。图2-3桥式可逆PWM变换器双极式控制可逆PWM变换器的4个驱动电压波形如图2-4所示。图2-5双极式控制可逆PWM变换器的驱动电压、输出电压和电流波形。 它们之间的关系是：Ug1=Ug4=-U
23、g2=-Ug3。在一个开关周期内，当0tton时，Uab= Us，电枢电流id沿回路1流通；当tontT/2,则Uab的平均值为正，电动机正转，反之，则反转；如果正、负脉冲相等，t=T/2,平均输出电压为零，则电动机停止。图36所示的波形是电动机正转时的情况。双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为： 若占空比和电压系数的定义与不可逆变换器相同，则在双极式是可逆变换器中：=2-1就和不可逆变换器中的关系不一样了。调速时，的可调范围为01，相应的，=（-1）（+1）。当1/2时，为正，电动机正转；当1/2时，为负，电动机反转；当=1/2时，=0，电动机停止。但电动机停止时电枢电压并不等于零，而
24、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为零，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，在电动机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时的静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。图2-4驱动电压波形 图2-5驱动电压、输出电压和电流波形双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：1) 电流一定连续；2) 可使电动机在四象限运行；3) 电动机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；4) 低速平稳性好，系统的调速范围可达1：20000左右；5) 低速时，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。 双极式控制方式的不足之处
25、是：在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。为了克服上述缺点，可采用单极式控制，使部分器件处于常通或常断状态，以减少开关次数和开关损耗，提高可靠性，但系统的静、动态性能会略有降低。2.4 器件选择2.4.1绝缘栅双极晶体管的选择最大工作电流 Imax2Us/R=440/0.6=733(A)集电极发射极反向击穿电压（）(23)Us=440660v所以在实际的应用中选择了日本三菱公司的CM 800 HA-24H（E）其额定电压1200V 额定电流800A可以满足要求。2.4.2三相
26、全波整流桥参数的计算整流部分采用不可控整流，整流二极管的电流额定为，直流侧的最大电流为 ，根据电力电子学的相关知识，三相全控桥通过二极管的电流有效值 和直流侧电流 的关系为 再根据二极管的通态平均电流与电流的有效值的关系为 所以综上二极管的电流的额定电流即二极管的通态平均电流为（考虑到安全裕度）， 考虑到滤波电容充电电流的影响，需要有更大的电流裕量 取 电压额定：二极管两端断态重复峰值电压为，交流电源的线电压。所以电压额定为： 选用 为了减小主电路的体积，使之易于安装，选用 ZP系列普通整流二极管(200A/2002000V) 的二极管两单元模块三个构成整流桥。2.4.3去耦电容由于通过整流桥
27、后的直流是含有脉动的直流，必须通过电容加以滤波。根据三菱公司IPM的要求需要在直流侧加以个无极性的去耦电容（decoupling capacitor），这里选择 1200V/0.47的无极性电容。2.4.4极性电容在设计主电路时，滤波电容是根据负载的情况来选择电容C值，使RC(35)T/2,且有Udmax=0.92200.95=188(V)2C1.50.02, 即C15000uF故此，选用型号为CD15的铝电解电容，其额定直流电压为400v，标称容量为22000 。2.4.5限流电阻为了避免大电容C在通电瞬间产生过大的充电电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入限流电阻（或电抗），通上电源时
28、，先限制充电电流，再延时用开关K将短路，以免长期接入时影响整流电路的正常工作，并产生附加损耗。2.5 驱动电路IR2110是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁CMOS技术，于1990年前后开发并且投放市场的，IR2110是一种双通道高压、高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。它把驱动高压侧和低压侧MOSFET或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内，外接很少的分立元件就能提供极快的功耗，它的特点在于，将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动能力强，响应速度快，工作电压比较高，可以达到600V，其内设欠压封锁，成本低、易于调试
29、。高压侧驱动采用外部自举电容上电，与其他驱动电路相比，它在设计上大大减少了驱动变压器和电容的数目，使得MOSFET和IGBT的驱动电路设计大为简化，而且它可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，还具有快速完整的保护功能。与此同时，IR2110的研制成功并且投入应用可以极大地提高控制系统的可靠性。降低了产品成本和减少体积。 图2- 3 PWM 控制H桥双极性主电路2.6 保护电路电路中主要的保护器件是快速熔断器FU，压敏电阻过电压抑制器RV，阀器件换相过电压抑制用RC电路，直流侧RC抑制电路，阀侧浪涌过电压抑制电路，阀侧浪涌过电压抑制用RC电路等。2.7 泵升电压保护电路当脉宽调速系统的电动
30、机减速或停车时,储存在电机和负载传动部分的动能将变成电能，并通过 PWM 变压器回馈给直流电源。一般直流电源由不可控的整流器供电，不可能回馈电能，只好对滤波电容器充电而使电源电压升高，称作“泵升电压”。如果要让电容器全部吸收回馈能量，将需要很大的电容量，或者迫使泵升电压很高而损坏元器件。在不希望使用大量电容器（在容量为几千瓦的调速系统中，电容至少要几千微法）从而大大增加调速装置的体积和重量时，可以采用由分流电阻 R 和开关管 VT 组成的泵升电压限制电路，如图3-3。用R 来消耗掉部分动能。R 的分流电路靠开个器件 VT 在泵升电压达到允许数值时接通。第三章 直流调速系统参数设计3.1 双闭环
31、直流调速系统的动态结构框图首先要画出双闭环直流系统的动态结构图如图2-4所示。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3-1 双闭环直流调速系统的动态结构框图实际上，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。为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合于一个调节器输入端的缺点，最好的方法就是将被调量转速与辅助被调量电流分开加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、
32、电流双闭环调速系统。所以本文选择方案二作为设计的最终方案。3.2电流环设计H型单极式PWM变换器供电的直流调速系统，采用宽调速直流电动机。额定力矩为4.9Nm，电枢电阻Ra=1.64，电枢回路总电感L=10.2mH，额定电流=55A，额定电压=220V。调速系统的最小负载电流=1A，电源电压=122V，电力晶体管集电极电阻=2.5，设=2。=1000r/min，电枢回路总电阻R=0.6,电流过载倍数=2。 3.2.1确定时间常数（1）脉宽调制器和PWM变换器的滞后时间常数与传递函数的计算电动机的启动电流为 启动电流与额定电流比为 晶体管放大区的时间常数为 电流上升时间的计算公式为 式中晶体管导
33、通时的过饱和驱动系数，取=2则 电流下降时间的计算公式为 式中晶体管截止时的负向过驱动系数，取=2则 最佳开关频率为 开关频率f选为4.4kHz，此开关频率已能满足电流连续的要求。于是开关周期脉宽调制器和PWM变换器的放大系数为 于是可得脉宽调制器和PWM变换器的传递函数为（2）电流滤波时间常数 取0.5ms（3）电流环小时间常数 3.2.2选择电流调节器参数 要求时，应取，因此 又 于是 3.2.3检验近似条件 （1）要求，现。（2）要求，现。（3）要求，现。可见均满足要求。3.2.4计算ACR的电阻和电容取=40k，则 ，取 3.3转速环的设计图3-3转速环结构框图3.3.1 确定时间常数
34、（1）电流环等效时间常数为（2）取转速滤波时间常数（3）3.3.2 ASR结构设计根据稳态无静差及其他动态指标要求，按典型II型系统设计转速环，ASR选用PI调节器，其传递函数为 3.3.3 选择ASR参数取h=5，则则 3.3.4 校验近似条件 （1）要求，现。（2）要求，现可见均能满足要求。3.4.5 计算ASR电阻和电容取，则 ，取70 。 ，取0.5 3.4.6 检验转速超调量 当h=5时，而，因此可见转速超调量满足要求。3.4.7 校验过渡过程时间空载起动到额定转速的过渡过程时间可见能满足设计要求。3.4 带限幅的PI调节器根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行控制（简称P
35、ID控制），是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律。本系统的控制对象是直流电机。对直流电机的控制可以有多种方式。最常见的即是PID调节方式。PID控制是连续控制系统中技术最成熟、应用最广泛的一种控制算法，其实质是根据输入的偏差值e(t)按比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算的结果用于控制输出。在实际的应用中，可以根据控制对象的特性和控制要求，灵活地改变PID结构。如纯比例调节（P）、比例积分调节（PI）、比例积分微分调节（PID）等。为了进一步改善控制效果，在PID算法的基础上做一些改进，产生了积分分离PID算法、不完全微分PID算法和变速积分PID算法等。其控制规律为 第四章 双闭环直流
36、调速系统的Matlab 仿真4.1 根据上述双闭环直流调速系统的动态结构框图，建立Matlab仿真模型，并对调节器参数设计的合理性进行验证4.2 运用Matlab/Simulink下的电机模型，建立基于电机模型的仿真模型，并对调节器的参数作出调整。电器系统原理结构图的MATLAB仿真；面向传递函数的MATLAB的仿真第五章 数字控制器的设计5.1 硬件设计DCS800 - I/O 配置 包括模拟测速发电机，脉冲编码器和 PTC接口 与 DCS500/600的端子布置相同 n 扩展 I/O:RDIO 和 RAIO，最多: 8 AI, 7 AO, 14 DI, 12 DO n 隔离 I/O:n 通
37、过 Rxxx 现场总线适配器的串行通讯:5.1.2 A/D 转换电路SPMC75X 系列微控制器内嵌一个100Ksps 转换速率的高性能10 位通用ADC 模块，采用SAR（逐次逼近）结构。它与IOA7:0 复用引脚作为输入通道，最多能提供8 路模拟输入能力。同时，ADC 模块有多种工作模式可选，它的转换触发信号可以是软件产生也可以通过来自外部（IOA15）、PDC位置侦测、MCP 等定时器的信号。利用此ADC 模块，可以同电机驱动定时器联合动作，实现电机驱动过程中电参量的同步测量，满足电机驱动的需要。此外，ADC 模块也可以实现一些普通的模拟测量动作，如电压测量、温度信号测量、低频信号的采集
38、等4。SPMC75X 系列微控制器内嵌的ADC 模块共有4 个控制寄存器。通过这4 个控制寄存器可以完成ADC 模块所有功能的控制。 表5-1 ADC控制寄存器5.1.3PWM 波形产生电路SPMC75X 系列微控制器提供了两个PDC(PhaseDetection Control) 定时器，PDC 定时器0 和PDC 定时器1，用于捕获功能和产生PWM 波形输出，同时具有侦测无刷直流电机位置改变的特性。PDC 定时器能够处理总计6 路( 每个定时器3 路) 捕获或霍尔信号输入。PDC 定时器非常适用于机械速度的计算。SPMC75X 系列微控制器提供了两个MCP(Motor ControlPWM
39、) 定时器，定时器3 和定时器4。MCP 定时器有两套独立的三相六路PWM 波形输出。MCP 定时器3 与PDC 定时器0 联合，MCP 定时器4 与PDC 定时器1 联合能完成直流电机和交流感应电机应用中的速度反馈环控制。MCP 模块有总计12 路定时器输出用作电机控制操作。以MCP3 定时器为例，霍尔位置传感器产生的信号传入IOB8：10, 通过程序处理后，由IOB0：5 产生三相六路PWM波控制全控器件的导通。5.2 软件设计本系统软件由C 语言编写而成，采用模块化结构设计，主要由采集模块、键盘模块、计算处理模块、显示模块、PWM 输出模块组成。在编写程序时用到了很多的单片机指令，通过结
40、合设置相关的寄存器、定时器和串行口等，完成程序的编写。主程序在系统初始化（初始化时钟、中断、变量等）之后，等待按键输入。当有键按下后，调用对应的子程序，完成特定的功能。其流程如图5-3所示。 图5-3 程序流程图附录附录1：数字控制双闭环直流调速系统硬件结构图附录2：主电路拓扑结构图附录3：双闭环直流调速系统的动态结构框图附录4：双闭环直流调速系统仿真波形(a)电流波形 (b)转速波形附录5数字控制器的设计硬件设计附录6：器件选择器件型号IGBT三菱CM 800 HA-24H（E）二极管ZP系列普通整流二极管(200A/2002000V)去耦电容1200V/0.47 无极性电容极性电容CD15
41、铝电解电容22000驱动器IR2110数字处理器SPMC75F2413单片机附录7：给定参数设计V-M双闭环直流可逆调速系统技术数据：额定功率: 2.2kW 额定电压:220V额定电流:Ie=12.5A 额定转速: ne=1500r/min电枢回路总电阻R=2.5; 电磁时间常数Tl=0.010s; 机电时间常数Tm=0.073s；电动势系数C=0.1352V/（r.min-1 )参考文献【1】 陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统.北京：机械工业出版社，2007【2】 杨荫福、段善旭、朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006【3】 王兆安、黄俊.电力电子技术.北京：机械
42、工业出版社，2007【4】 李发海、王岩.电机拖动基础.第三版.北京：清华大学出版社，2005【5】 李友善.自动控制原理.北京：机械工业出版社，2007课程设计总结本设计是基于V-M调速系统的直流电机可逆双闭环调速系统。可以使电动机无静差的运行，通过对给定电压的调节可以准确快速的实现对电机转速的调节。电动机满足设计要求所要求的各项性能指标。本课程设计综合运用了自动控制原理、电力电子技术、电力拖动与控制技术等的知识，为了更好的完成设计，我又重新复习了一遍原来所学的知识，加深了对知识的理解，提高了对知识的应用能力，同时使我认识到了各个课程之间是紧密联系的，每门课程都要认真学习，平时要多问、多思考、做到理论联系实际。在平时的学习中要注意细节的知识，往往细节决定着我们的成功与否。也使我意识到了合作的重要性，遇到不会的问题要主动向同学、老师请求帮助，认真听取他们的意见和建议，并认真改
