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运动控制系统课程设计说明书摘要直流系统调速是由功率晶闸管、移相控制电路、转速电流双闭环调速电路、积分电路、电流反馈电路、以及缺相和过流保护电路，通常指人为地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。机械特性上通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。通过对转速电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。pwm 控制技术是一中广泛应用于控制领域的技术，其原理是利用冲量相等而形状相通的窄脉冲加在具有惯的环节时候，效果基本相通。在电力拖动系统中，调节电枢电压的直流调速是应用最广泛的一种调速方法。本文设计了一个基于pwm控制的直流调速系统，本系统采用了电流转速双闭环控制，并且设计了完善的保护措施，既保障了系统的可靠运行，又使系统具有较高的动、静态性能。关键词：pwm控制技术 电流转速双闭环控制 直流调速系统pwm直流脉宽调速系统设计1概述pwm控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需的波形。采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成脉宽调制变换器直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统或直流pwm调速系统。pwm 控制技术是一中广泛应用于控制领域的技术，其原理是利用冲量相等而形状相通的窄脉冲加在具有惯性的环节时候，效果基本相通。在电力拖动系统中，调节电枢电压的直流调速是应用最广泛的一种调速方法，除了利用晶闸管整流器获得可调直流电压外，还可利用其它电力电子元件的可控性能，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电压调制成极性可变，大小可调的直流电压，用以实现直流电动机电枢两端电压的平滑调节，构成直流脉宽调速系统，随着电力电子器件的迅速发展，采用门极可关断晶体管 gto、全控电力晶体管 gtr、p-mosfet、绝缘栅晶体管 igbt）等一些大功率全控型器件组成的晶体管脉冲调宽型开关放大器（pulse width modulated），已逐步发展成熟，用途越来越广。调速通常通过给定环节，中间放大环节，校正环节，反馈环节和保护环节等来实现。电动机的转速不能自动校正与给定转速的偏差的调速系统称为开环控制系统。这种调速系统的电动机的转速要受到负载波动及电源电压波动等外界扰动的影响。电动机的转速能自动的校正与给定转速的偏差，不受负载及电网电压波动等外界扰动的影响，使电动机的转速始终与给定转速保持一致的调速系统称为闭环控制系统。这是由于闭环控制系统具有反馈环节。本设计采用pwm技术来对直流电机进行调速，与一般直流调速相比，既减少了对电源的污染，而且使控制过程更简单方便，减少了对人力资源的使用，又因为线路的简单化、功率器件需用的减少，使系统的维护、维修变得更加简单了，但动、静态性能却提高了。2 设计任务及要求2.1 设计任务(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 。(2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）。 (3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定asr调节器与acr调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。(4) 绘制pwm直流脉宽调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）。 (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。2.2 设计要求(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（d10），系统在工作范围内能稳定工作。 (2) 系统静特性良好，无静差（静差率s2）。 (3) 动态性能指标：转速超调量n8%，电流超调量i5%，动态速降n10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s 。(4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 。(5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。3 理论设计双闭环调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和pi调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。3.1 方案论证开环系统能实现一定范围的无极调速，但是无法保证静差率，所以本次设计必须采取闭环系统。如果采用单闭环调速系统，我们需要测堵转电流时的系统参数时，这样当我们启动或者突加给定启动时会有较大的冲击电流，使系统出现过电流现象，虽然电枢串电阻和加积分给定环节可以解决，但是也无法满足系统设计要：电流超调量，空载启动到额定转速时的转速超调量的条件，所以必须引入电流负反馈的双闭环直流调速系统。转速电流双闭环直流调速系统结构简单，传统的双闭环直流调速系统的转速调节一般采用pi调节器，采用pi调节器的闭环调速系统就实现了无静差调速。主电路采用桥式可逆直流脉宽调速，由于桥式电路可以实现四象限运行，因此可以实现电机的可逆运行。既电机既可以正转又可以反转。3.1.1方案设计方案一：单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。在电动机轴上装一台测速发电机sf ,引出与转速成正比的电压uf 与给定电压ud 比较后,得偏差电压u ,经放大器fd ,产生触发装置cf 的控制电压uk ,用以控制电动机的转速,如下图所示。图3-1 方案一原理框图 方案二：双闭环直流调速系统该方案主要由给定环节、asr、acr、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器acr和转速调节器asr。电流调节器acr和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器asr和转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。因转速换包围电流环，故称电流环为内环，转速环为外环。在电路中，asr和acr串联，即把asr的输出当做acr的输入，再由acr得输出去控制晶闸管整流器的触发器。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有输入输出限幅功能的pi调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。该方案的原理框图如下图所示。 图3-2 方案二原理框图3.1.2方案比较方案一采用单闭环的速度反馈调节时整流电路的脉波数m = 2 ,3 ,6 ,12 , ,其数目总是有限的,比直流电机每对极下换向片的数目要少得多。因此,除非主电路电感l = ,否则晶闸管电动机系统的电流脉动总会带来各种影响,主要有:(1) 脉动电流产生脉动转矩,对生产机械不利; (2)脉动电流(斜波电流) 流入电源,对电网不利,同时也增加电机的发热。并且晶闸管整流电路的输出电压中除了直流分量外,还含有交流分量。把交流分量引到运算放大器输入端,不仅不起正常的调节作用,反而会产生干扰,严重时会造成放大器局部饱和,从而破坏系统的正常工作。方案二采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。3.1.3方案选择在单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，系统的动态性能不够好。系统中采用电流截止负反馈环节来限制启动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，即最佳过渡过程。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、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 系统设计系统设计主要包括两个方面的设计：电流调节器的设计、速度调节器的设计。这两个部分构成了调速系统，完成了所需设计的任务要求。为实现转速和电流两种负反馈分别作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套连接，如图所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器upe。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图如上图所示。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器asr的输出限幅电压决定后了电流给定电压的最大值，电流调节器acr的输出限幅电压限制电压 限制了电力电子变换器的最大输出电压。3.2.1 电流调节器设计电流调节器使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。由于电流检测信号中常常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示，气滤波时间常数按需要选定，以滤平电流检测信号为准。为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加上一个同等时间常数的惯性环节。3.2.1.1电流环结构框图的化简在图1虚线框内的电流环中，反电动势与电流反馈的作用相互交叉，这将给设计工作带来麻烦。实际上，对电流环来说，反电动势是一个变化比较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即.其中忽略反电动势对电流环的近似条件是 （31）式中 电流环开环频率特性的截止频率。如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图所示，从这里可以看出两个滤波时间常数取值相同的方便之处。最后，由于和一般都比小得多，可以当作小惯性群而近似看作是一个惯性环节，其时间常数为 （32）则电流环结构框图最终简化成图所示。简化的近似条件为 （33） 图33电流环的动态结构框图及其简化 (a)忽略反电动势的动态影响 (b)等效成单位负反馈 (c)小惯性环节近似处理3.2.1.2确定时间常数 由电流调节器的传递函数可以看出，电流调节器的参数有：ki 和。为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择，剩下的只有比例系数 ki， 可根据所需要的动态性能指标选取。 其中，选取时间常数,为了基本滤平电流，取电流滤波时间常数，则有， 3.2.1.3选择电流调节器结构由可得：则可求得则有电流环传递函数为： 可按典型型系统设计电流调节器。电流控制对象是双惯性型的，因此可用型电流调节器。3.2.1.4 计算电流调节器参数电流调节超前时间常数：。电流环开涮增益：要求时，ki tsi =0.5，=0.707，此再利用式可得3.2.1.5 校验近似条件电流环截止频率：晶闸管整流装置传递函数的近似条件满足近似条件。忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件满足近似条件。电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件。3.2.1.6 计算调节器电阻和电容按所用运算放大器取，各电阻和电容值为，取，取，取按照上述参数，电流环可以达到动态跟随性能指标为4.3%，小于5%，满足要求。 3.2.2 速度调节器设计转速反馈环节主要作用是将测速发电机输出的电压进行滤波，滤除交流分量并变换为能满足系统需要的与电动机转速成正比的电压作为系统的转速反馈信号，另外还备有转速的检测信号。3.2.2.1 确定时间常数电流环等效时间常数转速环小时间常数。根据所用测速发电机纹波情况，取。转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取3.2.2.2 选择转速调节器结构按跟随和抗干扰性能都较良好的原则，取，则asr超前时间常数转速环开环增益于是asr的比例系数为其中，3.2.2.3检验近似条件转速截止频率为电流环传递函数简化条件，满足条件。转速环小时间常数近似处理条件为，满足条件。3.2.2.4计算调节器电阻和电容取则，取；，取；，取。3.2.2.5校核转速超调量当h=5时，查表得，n=37.6%，不能满足设计要求。实际上，由于这是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，asr饱和，不符合线性系统的前提，应该按asr退饱和的情况重新计算超调量。设理想空载起动时，负载系数z=0，已知直流电机参数：，nn1800 r/min，ra0.088， ，。当时，；而，因此均满足设计要求。4 系统主电路设计脉冲宽度调制（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4.1主电路原理图及说明图4-1 桥式可逆直流脉宽调速系统主电路桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如上图所示。在系统主电路部分，采用的是以大功率gtr为开关元件、h桥电路为功率放大电路所构成的电路结构。图中，四只gtr分为两组，vt1和vt4为一组，vt2和vt3为另一组。同一组中的两只gtr同时导通，同时关断，且两组晶体管之间可以是交替的导通和关断。欲使电动机m向正方向转动，则要求控制电压uk为正。欲使电动机反转，则使控制电压uk为负即可。4.2主电路参数计算及选型主电路主要包括整流元件晶闸管、整流变压器和电抗器。在主电路参数的选择上要考虑到一定的裕量，这样才能保证系统在有扰动的时候能够正常工作。4.2.1整流元件晶闸管的选型正确选择晶闸管能够使晶闸管装置在保证可靠运行的前提下降低成本。选择晶闸管元件主要是选择它的额定电压 和额定电流首先确定晶闸管额定电压，晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压，考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要放宽23倍的安全系数，则计算公式： （4-1）对于本设计采用的是三相桥式整流电路，晶闸管按1至6的顺序导通，在阻感负载中晶闸管承受的最大电压，故计算的晶闸管额定电压为： （4-2）取。再确定晶闸管额定电流，额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。一般取按此原则所得计算结果的1.52倍。 （4-3） （4-4）由此可求出晶闸管的额定电流，其公式为： （4-5）可以取额定电流为200a。4.2.2整流变压器容量的计算和选择在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流供电电压与电网电压往往不一致；此外，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求它们相互隔离，故通常要配用整流变压器，这里选项用的变压器的一次侧绕组采用联接，二次侧绕组采用y联接。为整流变压器的总容量，为变压器一次侧的容量，为一次侧电压, 为一次侧电流, 为变压器二次侧的容量，为二次侧电压，为二次侧的电流，、为相数，以下就是各量的推导和计算过程。为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸管交流侧的电压只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压。影响值的因素有：(1)值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的。(2)晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用表示。(3)变压器漏抗的存在会产生换相压降。(4)平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。(5)电枢电阻的压降。综合以上因素得到的精确表达式为： （4-6） 式中表示当控制角时，整流电压平均值与变压器次级相电压有效值之比；表示控制角为时和时整流电压平均值之比；c是与整流主电路形式有关的系数；为变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取，1001000千伏安的变压器取；为电网电压波动系数。通常取,供电质量较差，电压波动较大的情况应取较小值； 表示电动机电枢电路总电阻的标幺值，对容量为的电动机，通常。表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降。为负载电流最大值；所以,（表示允许过载倍数）。对于本设计：为了保证电动机负载能在额定转速下运转,计算所得应有一定的裕量,根据经验所知,公式中的控制角应取300为宜。，,，（其中a、b、c可以查表4.1中三相全控桥）表4-1 变流变压器的计算系数整流电路单相双半波单相半控桥单相全控桥三相半波三相半控桥三相全控桥带平衡电抗器的双反星形0.90.90.91.172.342.341.17c0.7070.7070.7070.8660.50.50.50.707110.5780.8160.8160.289 （4-7）以下为计算过程和结果： 这里可以取。实际选取为标准变压器时可以通过改变线圈匝数来实现。根据主电路的不同的接线方式，由表4.1查得即得出二次侧电流的有效值,从而求的、出变压器二次侧容量。而一次相电流有效值，所以一次侧容量。一次相电压有效值取决于电网电压。所以变流变压器的平均容量为。 为各种接线形式时变压器次级电流有效值和负载电流平均值之比。对于本设计取0.816,且忽略变压器一二次侧之间的能量损耗，故 （4-8）根据整流变压器的特性，即 取3，所以，所以整流变压器的容量为： （4-9） （4-10）设计时留取一定的裕量，可以取容量为整流变压器。4.2.3电抗器设计直流侧串接一个只有空气隙的铁心平波电抗器，以限制电流的波动分量，维持电流连续,提高整流装置对负载供电的性能及运行的安全可靠性。直流侧电抗器的主要作用为了限制直流电流脉动；轻载或空载时维持电流连续；在有环流可逆系统中限制环流；限制直流侧短路电流上升率。（1）用于限制输出电流的脉动的临界电感（单位为mh） （4-11）式中为电流脉动系数，取；为电压脉动系数，三相全控桥；为输出电流的基波频率，单位为，对于三相全控桥。即 （4-12）（2）用于保证输出电流连续的临界电感（单位为mh） （4-13）式中，为要求的最小负载电流平均值，单位为，本设计中；为计算系数，三相全控桥。 （4-14）（3）直流电动机的漏电感（单位为mh） （4-15）式中，k为计算系数，对于一般无补偿绕组电动机k=812，对于快速无补偿绕组电动机k=68，对于有补偿绕组电动机k=56，其余系数均为电动机额定值。n为极对数，取n=2。 即 （4-16）（4）折合到交流侧的漏电抗l（单位为mh） l= （4-17）式中，%为变压器短路比，一般取为；为计算系数，三相全控桥。 即 （4-18）（5）实际要接入的平波电抗器电感 （4-19）可取（6）电枢回路总电感 （4-20）4.3保护电路的元件选型4.3.1过电压保护和du/dt限制凡是超过晶闸管正常工作是承受的最大峰值电压的都算过电压。产生过压的原因是电路中电感元件聚集的能量骤然释放或是外界侵入电路的大量电荷累积。按过压保护的部位来分，有交流侧保护，直流侧保护和元件保护。元件保护主要是通过阻容吸收电路，连线如图4-2所示。阻容吸收电路的参数计算式根据变压器铁芯磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量存储起来为依据的。由于电容两端的电压不能突变，所以可以有效的抑制尖峰过电压。串阻的目的是为了在能量转化过程中能消耗一部分能量，并且抑制lc回路的振荡。假设电压由提高到，则电容储能由增加到，储能的增加基本上等于运动系统在制动时释放的全部动能，于是制动储能要求选择的电容容量应为电力电子器件的耐压限制这最高泵升电压，因此电容就不可能很小，一般几千瓦的调速系统所需的电容量达到数千微法。在大容量或负载有较大惯量的系统中，不可能只靠电容来限制泵升电压，这时可采用镇流电阻来消耗部分动能。4.3.2过电流保护和di/dt限制由于晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度就会急剧上升可能烧坏pn结，造成元件内部短路或开路。晶闸管发生过电流的原因主要有：负载端过载或短路；某个晶闸管被击穿短路，造成其他元件的过电流；触发电路工作不正常或受干扰，使晶闸管误触发，引起过电流。晶闸管允许在短时间内承受一定的过电流，所以过电流保护作用就在于当过电流发生时，在允许的时间内将过电流切断，以防止元件损坏。（1）快速熔断器 普通熔断丝由于熔断时间长，用来保护晶闸管很可能在晶闸管烧坏之后熔断器还没有熔断，这样就起不了保护作用。因此必须采用专用于保护晶闸管的快速熔断器。快速熔断器用的是银质熔丝，在同样的过电流倍数下，它可以在晶闸管损坏之前熔断，这是晶闸管过电流保护的主要措施。桥臂快速熔断器的额定电流实选桥臂快速熔断器为。5 控制及驱动电路设计5.1控制原理图及说明图5-1 pwm驱动装置控制电路框图上图为pwm驱动装置控制电路框图。该控制电路包括恒频波形发生器、脉宽调制器、脉冲分配电路等脉宽调速系统所特有的电路。5.2控制电路设计（1）恒频波形发生器它的作用是产生频率恒定的振荡信号作为时间比较的基准，其波形可以是三角形波或锯齿波。pwm波由具有输出的pwm控制器产生。双极式控制可逆pwm变换器的四个驱动电压波形如图所示。图5-2 pwm变换器的驱动电压波形及其电路图他们的关系是：。在一个开关周期内，当时，晶体管、饱和导通而、截止，这时。当时，、截止，但、不能立即导通，电枢电流经、续流，这时。在一个周期内正负相间，这是双极式pwm变换器的特征，其电压、电流波形如图2所示。电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时，则的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，平均输出电压为零，则电动机停止。双极式控制可逆pwm变换器的输出平均电压为如果定义占空比，电压系数则在双极式可逆变换器中调速时，的可调范围为01相应的。当时，为正，电动机正转；当时，为负，电动机反转；当时，电动机停止。但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。（2）脉宽调制器它的作用是实现电压、脉宽的转换（v/m），即形成pwm信号。（3）脉冲分配电路 在可逆pwm变换器中，上、下两个晶体管经常交替工作。由于晶体管存在关断时间，因此有可能能造成在一个晶体管未完全关断时，另一个晶体管已导通，从而使电源短路。为了避免这种情况发生，根据功率转换电路的工作要求，设置了大功率晶体管的导通次序，即脉冲分配电路；使得功率晶体管能按照指定的顺序导通。 在下图中，晶体管v1、v4是同时关断的，v2、v3也是同时导通同时关断的，但v1与v2、v3与v4都不允许同时导通，否则电源ud直通短路。设v1、v4先同时导通t1秒后同时关断，间隔一定时间之后，再使v2、v3同时导通t2秒后同时关断。图5-3脉冲分配电路 电动机电枢端电压的平均值为： = = 由于，值的范围是-，因而电动机可以在正反两个方向调速运转。 (4)基极驱动电路系统采用的功率驱动电路取决于主开关管v的器件类别。用不同类别的主开关其功率驱动电路也不同。本系统采用bjt功率晶体管的驱动电路。驱动 bjt功率晶体管的一种用的双电源光电耦合驱动电路，其工作原理如下: +为逻辑低电平时，t4晶体管止集电极输出高电平至t3基极，稳压管w与t3均导通 ，使集电极为低电平。一般可设计t3集电极低电平为负值，例如，设计vca=vw+vcesa-vcc=2.6v，受vc3负位制约；bjt基极 电位(a点)为 vc3+veb2=-2v(此时t1管vbe1-veb2=o6v反偏电压截止)。bjt发射极连于电容 c的联交点 b，可获得直流悬浮零电位vb (vccvc)=0( vc=2vcc)。该直流悬浮零电位使 bjt基极发射极间有2v的反向偏置电压，以保证 bjt的可靠关断。因bjt发极与电感 l相连，电容c还有效隔断驱动路和l强电电路的直流电联系。vo1 +vo2为高电平时，t4导通 ，t3和稳压管关断，vcc经r3和t1管基极 、发射极向bjt提供基极开通电流，t2管承受vbe1=-veb2反压截止。r1限制 bjt导通基流的大小。r2在bjt关断瞬间，限制电容c经bjt发射极、基极，t2发射极、集电极，负电源回路的反向恢复电流峰值。 图5-4基极驱动电路5.3驱动电路设计直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵电路、h桥功率驱动电路等四部分。本文着重分析h桥功率驱动电路。5.3.1 h桥功率驱动原理直流电机驱动使用最广泛的就是h型全桥式电路，这种驱动电路方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。h桥功率驱动原理图如图5-5所示。h型全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态。s1、s2为一组，s3、s4为一组，这两组状态互补，当一组导通时，另一组必须关断。当s1、s2导通时，s3、s4关断，电机两端加正向电压实现电机的正转或反转制动；当s3、s4导通时，s1、s2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。实际控制中，需要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在s1、s2导通且s3、s4关断到s1、s2关断且s3、s4导通这两种状态间转换。这种情况理论上要求两组控制信号完全互补，但是由于实际的开关器件都存在导通和关断时间，绝对的互补控制逻辑会导致上下桥臂直通短路。为了避免直通短路且保证各个开关管动作的协同性和同步性，两组控制信号理论上要求互为倒相，而实际必须相差一个足够长的死区时间，这个校正过程既可通过硬件实现，即在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时，也可通过软件实现。图5-5 h桥驱动原理图5.3.2 h桥驱动电路设计在直流电机控制中常用h桥电路作为驱动器的功率驱动电路。由于功率mosfet是压控元件，具有输入阻抗大、开关速度快、无二次击穿现象等特点，满足高速开关动作需求，因此常用功率mosfet构成h桥电路的桥臂。h桥电路中的4个功率mosfet分别采用n沟道型和p沟道型，而p沟道功率mosfet一般不用于下桥臂驱动电机，这样就有两种可行方案：一种是上下桥臂分别