1 绪论
1.1 课题研究的背景
近年来,随着科技的进步,直流电机得到了越来越广泛的应用,直流具有
优良的调速特性,调速平滑,方便,调速范围广,过载能力强,能承受频繁的
冲击负载,可实现频繁的无极快速起动、制动和反转,需要满足生产过程自动
化系统各种不同的特殊要求,从而对直流电机提出了较高的要求,改变电枢回
路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求,这是通过
PWM 方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷:模拟电路容易随时间飘移,会产
生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。而用 PWM 技术后,避免上述的
缺点,实现了数字式控制模拟信号,可以大幅度减低成本和功耗。并且 PWM
调速系统开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电
流,低速特性好;同时,开关频率高,快响应特性好,动态抗干扰能力强,可
获很宽的频带;开关元件只需工作在开关状态,主电路损耗小,装置的效率高,
具有节约空间、经济好等特点
[2]
。
现代工业生产中,电动机是主要的驱动设备,目前在直流电动机拖动系统
中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的 KZ—D 拖动系统,取代
了笨重的发电动一电动机的 F—D 系统,又伴随着电子技术的高度发展,促使
直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流
电机调速技术又进入到一个新的阶段,智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
直流电机调速基本原理是比较简单的(相对于交流电机),只要改变电机的电
压就可以改变转速了。改变电压的方法很多,最常见的一种 PWM 脉宽调制,
调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压,控制转速。PWM 控制的
基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪 80
年代以前一直未能实现。直到进入上世纪 80 年代,随着全控型电力电子器件
的出现和迅速发展,PWM 控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微
电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论、非
线性系统控制思想的应用,PWM 控制技术获得了空前的发展,到目前为止,
已经出现了多种 PWM 控制技术
[3]
。
随着我国经济和文化事业的发展,在很多场合,都要求有直流电机 PWM
调速系统来进行调速,诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、
反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导
弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场
合。