大功率電動機調(diào)速控制的軟件設(shè)計-開題報告

畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目 大功率直流電機速度控制的軟件設(shè)計專 業(yè) 名 稱 測控技術(shù)與儀器班 級 學(xué) 號學(xué) 生 姓 名指 導(dǎo) 教 師填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日1 選題的依據(jù)及意義直流電機具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，雖然各種類型的電機層出不窮， 然 而 在 自 動 控 制 系 統(tǒng) 、 電 子 儀 器 設(shè) 備 等 方 面 ， 直 流 電 機 的 應(yīng) 用 還 是 占 有 突 出 地 位 。 直流 電 機 調(diào) 速 平 滑 ， 調(diào) 速 范 圍 廣 ， 過 載 能 力 強 ， 抗 沖 擊 負(fù) 載 能 力 強 ， 可 實 現(xiàn) 頻 繁 的 無極 快 速 起 動 、 制 動 、 加 /減速和正/反 轉(zhuǎn) 。 為 了 滿 足 生 產(chǎn) 過 程 自 動 化 系 統(tǒng) 各 種 不 同 的特 殊 要 求 ， 從 而 對 直 流 電 機 提 出 了 較 高 的 要 求 ， 改 變 電 樞 回 路 電 阻 調(diào) 速 、 改 變 電 壓調(diào) 速 等 技 術(shù) 已 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 不 能 滿 足 現(xiàn) 代 科 技 的 要 求 ， 通 過 PWM 方 式 控 制 直 流 電 機 調(diào) 速 的 方法 就 應(yīng) 運 而 生 。PWM 直 流 電 動 機 調(diào) 壓 調(diào) 速 系 統(tǒng) 擁 有 需 用 的 功 率 元 件 少 、 線 路 簡 單 、 控 制 方 便 、 開關(guān) 頻 率 高 、 低 速 性 能 好 、 穩(wěn) 速 精 度 高 及 調(diào) 速 范 圍 寬 、 控 制 方 式 多 樣 化 、 能 與 數(shù) 字 速度 給 定 信 號 直 接 接 口 等 優(yōu) 點 ， 在 工 廠 和 企 業(yè) 得 到 廣 泛 的 應(yīng) 用 ， 有 利 與 國 家 工 業(yè) 化 的 發(fā)展 。 通 過 學(xué) 習(xí) 并 熟 練 掌 握 這 個 調(diào) 速 系 統(tǒng) ， 對 我 們 今 后 的 工 具 作 有 十 分 重 要 的 意 義 。本 課 題 是 以 單 片 機 為 主 要 控 制 核 心 ， 針 對 直 流 電 機 的 調(diào) 速 系 統(tǒng) 進 行 設(shè) 計 ， 通過 本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計 培 養(yǎng) 我 們 綜 合 運 用 所 學(xué) 的 知 識 和 技 能 解 決 問 題 的 本 領(lǐng) ， 鞏 固 和 加深對所學(xué)知識的理解,培養(yǎng)我們調(diào)查研究的習(xí)慣和工作能力。2 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢隨 著 各 種 微 處 理 器 的 出 現(xiàn) 和 發(fā) 展 ， 國 外 對 直 流 電 機 的 數(shù) 字 控 制 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的研 究 在 不 斷 發(fā) 展 和 完 善 目 前 ， 國 外 主 要 的 電 氣 公 司 ， 均 已 開 發(fā) 出 數(shù) 字 式 直 流 調(diào) 裝置 ， 有 成 熟 的 系 列 化 、 標(biāo) 準(zhǔn) 化 、 模 版 化 的 應(yīng) 用 產(chǎn) 品 供 選 用 。 根 據(jù) 當(dāng) 前 單 片 機 發(fā) 展 的趨 勢 ， 國 外 的 微 電 子 技 術(shù) 和 計 算 機 技 術(shù) 的 發(fā) 展 也 得 到 廣 泛 的 應(yīng) 用 使 調(diào) 速 裝 置 向 集 成化 、 小 型 化 和 智 能 化 方 向 發(fā) 展 ， 隨 著 80C552 單 片 機 的 推 廣 此 單 片 機 的 產(chǎn) 品 已 經(jīng)遍 布 電 子 產(chǎn) 品 的 每 一 個 領(lǐng) 域 ， 尤 其 使 80C552 單 片 機 的 直 流 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 綜 合 設(shè)計能力得到迅速提升產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。我 國 科 研 單 位 都 在 致 力 研 究 由 單 片 機 控 制 直 流 電 機 的 調(diào) 速 系 統(tǒng) ， 并 通 過 各種 控 制 算 法 來 多 方 面 研 究 。 其 中 提 供 了 全 系 列 80C552 單 片 機 的 程 序 范 例 ， 并 提供 模 塊 化 程 序 庫 通 過 調(diào) 用 模 塊 庫 內(nèi) 的 函 數(shù) ,快 速 完 成 對 直 流 電 機 的 調(diào) 速 。 并 且80C552 單 片 機 能 夠 利 用 芯 片 本 身 的 各 種 功 能 能 夠 使 調(diào) 速 系 統(tǒng) 更 加 簡 單 實 用 。 現(xiàn)階 段 ， 我 國 還 沒 有 自 主 的 全 數(shù) 字 化 直 流 調(diào) 速 控 制 裝 置 生 產(chǎn) 商 ， 而 國 外 先 進 的 控 制 器價 格 昂 貴 ， 且 技 術(shù) 轉(zhuǎn) 讓 受 限 ， 為 此 研 究 及 更 好 的 使 用 國 外 先 進 的 控 制 器 ， 吸 收國外先進的數(shù)字化直流電機調(diào)速裝置的有點，具有重要的實際意義和經(jīng)濟價值。3 研究內(nèi)容及實驗方案3.1 研究內(nèi)容主 要 研 究 了 利 用 80C552 系 列 單 片 機 ， 通 過 PWM 方 式 控 制 直 流 電 機 調(diào) 速 的 方法 。 PWM 控 制 技 術(shù) 以 其 控 制 簡 單 、 靈 活 和 動 態(tài) 響 應(yīng) 好 的 優(yōu) 點 而 成 為 電 力 電 子 技 術(shù) 最廣 泛 應(yīng) 用 的 控 制 方 式 ， 也 是 人 們 研 究 的 熱 點 。 由 于 當(dāng) 今 科 學(xué) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 已 經(jīng) 沒 有了 學(xué) 科 之 間 的 界 限 ， 結(jié) 合 現(xiàn) 代 控 制 理 論 思 想 或 實 現(xiàn) 無 諧 振 軟 開 關(guān) 技 術(shù) 將 會 成 為 PWM 控 制 技 術(shù) 發(fā) 展 的 主 要 方 向 之 一 。 本 文 就 是 利 用 這 種 控 制 方 式 來 改 變 電 壓 的 占 空比 實 現(xiàn) 直 流 電 機 速 度 的 控 制 。 文 章 中 采 用 了 專 門 的 芯 片 組 成 了 PWM 信 號 的 發(fā) 生 系 統(tǒng) ，然 后 通 過 放 大 來 驅(qū) 動 電 機 。 利 用 光 電 碼 盤 測 得 電 機 速 度 ， 經(jīng) 過 濾 波 電 路 得 到 直 流 電壓 信 號 ， 把 電 壓 信 號 輸 入 給 A/D 轉(zhuǎn) 換 芯 片 最 后 反 饋 給 單 片 機 ， 在 內(nèi) 部 進 行 PI 運算 ， 輸 出 控 制 量 完 成 閉 環(huán) 控 制 ， 實 現(xiàn) 電 機 的 調(diào) 速 控 制 。3.2 實驗方案根 據(jù) 直 流 電 機 調(diào) 速 的 控 制 要 求 確 定 整 體 的 設(shè) 計 方 案 ， 完 成 單 片 機 控 制 的 PWM 直 流 電 機 調(diào) 速 系 統(tǒng) 設(shè) 計 。 該 系 統(tǒng) 需 能 實 現(xiàn) 用 軟 件 產(chǎn) 生 PWM 信 號 ， 并 通 過 單 片 機 輸出 信 號 到 電 機 對 電 機 的 啟 動 和 停 止 、 加 速 和 減 速 、 正 轉(zhuǎn) 和 反 轉(zhuǎn) 進 行 控 制 。 直 流 電機 的 轉(zhuǎn) 速 在 LED 顯 示 器 上 正 確 實 時 顯 示 。 該 系 統(tǒng) 主 要 由 輸 入 設(shè) 備 、 單 片 機 、 顯 示器、電機驅(qū)動模塊和測速元件等部分組成。主要內(nèi)容具體描述如下：1. 輸 入 設(shè) 備 的 選 擇 ： 與 矩 陣 鍵 盤 相 比 獨 立 鍵 盤 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 所 以 本 設(shè) 計 采 用 獨立鍵盤給單片機輸入信號；2. 單 片 機 的 選 用 ： 單 片 機 有 多 種 型 號 ， 這 里 選 擇 了 80C552 系 列 單 片 機 ；3. 顯 示 部 分 的 設(shè) 計 ： LED 是 單 片 機 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 中 最 常 用 的 輸 出 器 件 ， 用 LED 實現(xiàn) 對 PWM 脈 寬 調(diào) 制 占 空 比 的 實 時 顯 示 ；4. 電 機 驅(qū) 功 模 塊 的 設(shè) 計 ： 利 用 H 橋 式 驅(qū) 動 電 路 可 實 現(xiàn) 電 機 的 正 轉(zhuǎn) 、 反 轉(zhuǎn) 、 制動 的 功 能 ， 作 為 集 成 有 橋 式 電 路 的 電 機 專 用 芯 片 L298 在 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 被 廣 泛 使 用 ， 而 且 其 性 能 比 較 穩(wěn) 定 可 靠 ， 所 以 用 L298 作 為 電 機 的 驅(qū) 動 芯 片 ；5. 測 速 元 件 的 選 用 ： 測 速 元 件 有 很 多 ， 本 設(shè) 計 選 用 光 電 碼 盤 測 速 ， 在 電 機 中安裝光電碼盤將轉(zhuǎn)速傳給單片機。4 目標(biāo)、主要特色及工作進度4.1 研究目標(biāo) 克 服 半 固 態(tài) 鎂 合 金 連 續(xù) 鑄 軋 機 直 流 調(diào) 速 中 諧 波 大 、 功 率 因 數(shù) 低 的 問 題 ， 改 善伺 服 系 統(tǒng) 的 低 速 運 行 特 性 ， 使 鑄 軋 輥 實 現(xiàn) 無 極 調(diào) 速 ， 穩(wěn) 態(tài) 精 度 可 達(dá) 甚 至 小 于0.3%。 電 碼 盤 測 速 與 給 定 速 度 的 差 值 用 P 算 法 調(diào) 節(jié) ， 對 80C552 的 PWM 輸 出 高 頻 脈沖 信 號 的 寬 度 進 行 控 制 ， 高 頻 信 號 經(jīng) 隔 離 驅(qū) 動 控 制 逆 變 器 基 極 的 占 空 比 ， 從 而調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。4.2 主要特色 調(diào) 速 系 統(tǒng) 需 用 的 功 率 元 件 少 、 線 路 簡 單 、 控 制 方 便 、 開 關(guān) 頻 率 高 、 低 速 性 能好、穩(wěn)速精度高及調(diào)速范圍寬、控制方式多樣化； 調(diào) 速 平 滑 ， 調(diào) 速 范 圍 廣 ， 過 載 能 力 強 ， 抗 沖 擊 負(fù) 載 能 力 強 ， 可 實 現(xiàn) 頻 繁 的 無極快速起動、制動、加/減速和正/反轉(zhuǎn)； 調(diào) 速 穩(wěn) 定 性 好 、 精 度 高 ， 穩(wěn) 態(tài) 精 度 可 達(dá) 甚 至 小 于 0.3%。4.3 工作進度1. 資料收集，英文翻譯，開題報告撰寫 3 月 9 日-4 月 5 日2. 熟悉測速系統(tǒng)各功能模塊電路與仿真系統(tǒng) 4 月 6 日-4 月 12 日3. 測速方法的硬件設(shè)計與改進 4 月 13 日-4 月 19 日4. 測速方法的調(diào)試仿真 4 月 20 日-5 月 17 日5. 對比分析 5 月 18 日-5 月 24 日6. 論文撰寫與答辯 5 月 25 日-6 月 26 日5 參考文獻1陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)M.北京:機械工業(yè)出版社,2003.2徐 愛 鈞 .智 能 化 測 量 控 制 儀 表 原 理 與 設(shè) 計 M.北 京 :北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 出 版社 ， 1999.3陳 兵 芽 .基 于 光 電 碼 盤 的 高 精 度 電 機 轉(zhuǎn) 速 測 量 J.制 造 業(yè) 自 動 化 ， 2005, 27(6):47-50.4謝 勤 嵐 .基 于 80C196KC 的 電 機 轉(zhuǎn) 速 測 量 J.交通科技，2003，(2)：91-93. 5Kuo B.C. 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