矿用电机车作为矿井专用运输工具,能显著提高煤矿运输能力和经济效益,是矿区实现自动化和高产量生产的必需装备。目前多数矿用电机车调速方式是串电阻调速,弊端是电流急剧变化对传动齿轮和直流电机有冲击,机械触头容易烧毁,调速电阻消耗电能,电阻发热产生的热量,是矿井安全管理的重大隐患。因此有必要改变矿用电机车现有调速方式,加强电力机车稳定运行和各项保护功能是提高电机车安全运行的可靠保证。本文简要介绍了直流电机常用调速方式和斩波调速原理,设计出一种适用于矿用电机车的直流斩波调速系统,该系统运行稳定,牵引力大,调速平滑。本文研究分析了转速、电流双闭环控制的直流斩波调速系统,在转速闭环控制中采用模糊控制,并与PI控制进行比较。针对旋转编码器测速抗干扰能力不好及成本增加等不足,设计了基于扩展卡尔曼滤波算法的速度观测器。在MATLAB/Simulink仿真环境下,仿真结果表明速度观测器估计速度误差小,响应时间短;模糊控制具有超调小、鲁棒性强、响应速度快等特点。本文设计了基于AVR芯片ATmega644为控制核心的直流斩波调速控制系统硬件部分和软件部分,硬件部分包括Buck主电路、IGBT驱动和保护电路、电源保护电路、直流电压和直流电流隔离采样电路及AVR芯片辅助电路等;软件部分包括主程序流程设计、中断子程序流程设计、信号采样流程设计等。研制完成的直流斩波调速系统通过实验室测试和现场实验测试,实现了无级调速,可靠运行,用电效率高,具有一定的经济实用价值。