图7 H型双极性可逆PWM变换器
在每一个PWM周期里，当P3.0的控制信号为高电平时，开关管VT1、VT4导通，此时P3.1的控制信号为低电平，因此VT2、VT3截止；当P3.0的控制信号为低电平时，开关管VT1、VT4截止，此时P3.1的控制信号为高电平，因此VT2、VT3导通。
当直流电动机正转工作时，在每一个PWM周期的正脉冲区间，VT1、VT4导通，VT2、VT3截止。在每一个PWM周期的负脉冲区间，VT2、VT3导通，VT1、VT4截止，电流的方向仍然不变，只不过电流幅值的下降速率比不可逆控制系统的要大，因此电流的波动较大。
H型双极式可逆 PWM 变换器的优点如下： （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，从而可以消除静摩擦死区；
（4） 低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍然比较宽，可以充分保证器件的可靠导通；
（5） 低速时，平稳性好，系统的调速范围可达1：20000 左右。
5.2、整流电路
图8 三相桥式全控整流电路原理图
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5.3、泵升电路
图9 泵升电压限制电路
其中泵升电路电解电容选取C=2000μF；电压U=450V；VT选取IRGPC50U 型号的IGBT管；电阻选取R=20Ω。
六、控制电路的设计
6.1、单片机
本设计选用C8051F005单片机。C8051F005单片机是一种与51系列单片机内核兼容的单片机，具有高速、高性能、高集成度等优点。它使用Cygnal的CIP-51内核，工作在最大系统时钟频率为25MHz。以下是对C8051F005单片机片内资源的介绍：
图10 单片机最小应用系统
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（1）10/12位多通道输入模/数（ADC）； （2）2路12位数/模转换器（DAC）；
（3）16位可编程定时器/计数器阵列（PCA），可用于PWM波发生器等；
（4）4个通用16位定时器； （5）32个通用I/O口；
（6）32KB Flash内部程序存储器； （7）片内看门口定时器、片内时钟源。
C8051F005单片机的引脚及其部分电路如图10所示。
6.2、测速电路
测速发电机的输出电压通过R2和C1组成的滤波环节后，滤去测速发电机输出的纹波，使之到达电位器Rw两端的电压是稳定的直流电压。调整Rw的位置， 使测速发电机在最大转速时，抽头所获得的电压为2.4V，R1用于限流。
图11 直流测速发电机与单片机接口
对图11所示的直流测速发电机的输出进行A/D转换。使用C8051F005的AIN0通道作为测速发电机的A/D转换输入端，使用单片机内部2.43V电压基准通过软件启动A/D转换。
6.3、键盘电路
本系统采用独立式按键电路。独立式按键是指直接用I/O口线与按键电路构
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成的单个按键电路。在此形式的按键电路中，每个按键独自占用一根I/O口线，I/O口线之间的工作状态不会受到影响。
在此电路中，按键输入都采用低电平有效，上拉电阻的接入保证了冷按键断开时，I/O口线上有确定的高电平。通过软件编程实现如下功能：当按下1键时，电动机启动；当按下2键时，电动机正转；当按下3键时，电动机反转；当按下4键时，电动机停止；当按下5键时，电动机加速；当按下6键时，电动机减速。
图12 独立式按键电路图
七、双闭环可逆直流PWM调速系统的仿真
使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法是：以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB的Simulink工具箱，从元件库中选取所需的元件,连接好原理图,加上激励源,然后单击仿真按钮即可自动开始,可以同时观察复杂的模拟信号和数字信号波形,以及得到电路性能的全部波形。
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图13 双闭环调速系统的仿真图
仿真结果如下：
图14 仿真结果图
仿真结果说明：转速和电流满足设计所需的静、动态性能指标。
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