H桥直流调速系统设计与实验：双闭环模拟仿真

"第六组V1.51 - 直流传动与控制的H桥可逆直流调速系统设计与实验" 这篇文档详细介绍了基于工程设计法的H桥可逆直流调速系统的理论与实践。直流电机调速是直流传动控制的重要环节，尤其在晶闸管相控整流和脉宽调制（PWM）技术中，直流电机因其特性被广泛应用。本文设计的调速系统采用了双闭环控制策略，以PI调节器为核心，包含了转速环和电流环两个子系统。 1. **调速系统性能指标规划**： 系统设计的目标是达到无静差状态，即静态指标要求电机运行时没有速度误差。此外，电机的基本数据中提到电枢电阻为1.5Ω，这在计算和设计控制算法时至关重要。 2. **控制系统数学模型**： 在构建数学模型时，通常会考虑电机的电气特性和动态响应，包括电压方程、转矩方程等，这些模型是设计控制器的基础。 3. **调速系统结构图**： 结构图展示了系统的组成，包括输入、输出以及各个闭环控制环之间的关系。H桥结构允许电机正反转，并通过PWM控制实现调速。 4. **工程设计法参数及优化**： - **调节器的参数整定**：PI调节器的参数（比例系数P和积分系数I）通过仿真和实验调整，以确保系统稳定性与响应速度。 - **电流环设计**：电流环作为跟随控制，确保电机电流在设定值附近稳定，避免过流或欠流。 - **转速环设计**：转速环作为主控制环，根据给定的速度指令进行调节，确保电机速度的精确控制。 5. **H桥可逆直流调速系统总体方案**： - **控制电路电源设计**：这部分涉及供电方案，确保电源稳定且适应系统需求。 - **可逆H桥主电路**：由四个功率开关元件构成，控制电机的电流方向和大小。 - **PWM产生电路**：生成占空比可调的脉冲信号，控制电机的平均电压。 - **光耦隔离**：用于保护控制电路，防止高压侧与低压侧的干扰。 - **死区设置**：在PWM信号的转换期间设置短暂的关闭时间，以避免开关元件同时导通造成短路。 6. **实验过程**： 文档记录了参数仿真的详细过程，包括仿真参数、实物制作步骤以及性能测试结果。实验结果证明了系统的有效性和可靠性。 7. **结论**： 总结了实验成果，包括系统的性能特点、工作进度以及作者的感想和收获。实验表明，所设计的调速系统满足了预设的性能指标，具有良好的动态和静态性能。 这个项目不仅涉及了理论知识，还涵盖了实践操作，对于理解直流电机调速系统的原理和设计过程非常有价值。通过这样的项目，学生可以深入学习到如何结合数学模型、控制理论和硬件实现来构建一个完整的控制系统。