多用途喷药小车的调速装置设计说明书[带图纸].doc

摘要采用单片机控制永磁无刷直流电动机的调速系统适用于电动小车等小功率的工作况。并且可以将多余的电能进行回溃。该调速控制系统具有调速性能好、功率因数高、节能、体积小、重量轻等优点。比较适合生活生产的使用实际需要。本文从小车调速系统要求分析入手，将整个系统分成了四个部分，分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略以及实现的方法。详细的讨论了系统的各种工况及信号的传递情况，并得到了系统各个部分在不同工况的工作状态。系统各部分的控制电路基于Intel公司的控制芯片8051单片机。根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽PWM控制，并通过转速传感器测量转速通过八段数码管动态显示转速与电量，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求，达到设计目的。关键词：单片机；脉宽调速系统；电动机；传感器；蓄电池ABSTRACTSCMcontrolofpermanentmagnetbrushlessDCmotorspeedcontrolsystemapplicabletoelectricbicycles,andotherlow-powerwork.Redundantpowerandcanreturntocollapse.Thesystemhasgoodspeedperformance,highpowerfactor,energysaving,smallsize,lightweight,andotheradvantages.Tallywiththeactualsituation.Thispaperanalyzestherequirementsfromthesystem,thewholesystemwillbedividedintofourparts,analysisanddiscussionofthevariouspartsofthecircuitofthecontrolstrategy,implementationmethod.Discussedindetailthestatusofthevarioussystemsandsignaltransduction,andhavethesystemindifferentpartsofthestatethestatusofthework.PartofthesystemcontrolcircuitbasedonIntels8051chipmicrocontroller.AccordingtothepermanentmagnetbrushlessDCmotorcontrolofthePWMpulsewidth,speedsensorandpassedthrougheighthspeeddigitaldynamicdisplayofspeedandelectricalquantities,throughhardwareandsoftwaresupport,fortheentiresystemdesignrequirements.Keywords:SCM；pulsespeedcontrolsystem；motor；speedsensor；battery目录1绪论.11.1本课题的研究背景和意义.11.2控制理论的概念.11.3电动机控制技术的发展.21.3.1电力电子器件的发展.21.3.2微机控制电动机技术的发展.21.3.3微机控制电动机的特点.21.4本课题的主要任务.32喷药小车电动机的研究.32.1电动车对电动机的基本要求.42.2永磁无刷直流电动机特性分析.42.2.1无刷直流电动机的结构.42.2.2永磁无刷直流电动机的基本性能.52.2.3永磁无刷直流电动机的控制系统.52.2.4直流无刷电机的运行原理.52.2.5永磁无刷直流电动机的不足.73总体设计布局.74电动小车调速系统的硬件设计.74.1MCS-51单片机内部结构.74.3电流检测单元.114.3.1霍尔电流传感器的测量原理.114.3.2电流检测电路.124.4速度给定单元.134.4.1霍尔转把结构.134.4.2霍尔转把的信号特征.134.5速度检测单元.144.5.1霍尔位置检测电路.144.5.2集成转速传感器.154.5.3集成型速度传感器的性能特点.164.6译码器.164.7.1Intel8279可编程键盘显示器接口简介.174.7.2蓄电池的容量显示.184.8控制器保护功能欠压检测电路.185电动小车控制器软件设计.195.1系统软件设计的基本要求.195.2系统主程序结构.205.2.1主程序流程.205.2.2定时中断服务程序流程.205.2.3AD中断服务程序流程.215.3电机控制程序设计.215.3.1速度调节程序.215.3.2电流调节程序.225.4软件抗干扰设计.22结论.24致谢.25参考文献.26中国地质大学长城学院2012届毕业设计11绪论1.1本课题的研究背景和意义本设计的出发点源自生活实际的需要，满足我国农民在农业生产时候的使用。我国作为世界上的农业大国，农业是国家发展的一个命脉。国家人口众多，需要的农业产品数量便自然而然的也有量上的要求，于是种植便是发展的一个要素。加上我国地理环境多种多样，使得在多样的环境中还能满足生产需要显得尤为重要。本设计是在农产品种植过程中对农作物实施喷药作业时的一个半自动化工具的一个部分。电动喷药小车的研发，其控制器部分是核心的一个组成，于是控制器的设计便是一个重要的任务。1.2控制理论的概念随着社会的进步和科学技术的发展，控制理论经历了从传统控制理论到大系统理论和智能控制理论的发展历程。传统控制理论包括经典控制理论和现代控制理论。经典控制理论主要解决单输入单输出问题，并采用传递函数、时域及频域分析方法研究对被控对象的控制，其研究对象主要是线性定常对象。现代控制理论从时域研究了多输入多输出线性系统，建立了刻划控制系统本质的基本理论，使控制从一类工程设计方法提高成为一门新的科学。虽然传统控制理论曾经在一段时期成为解决控制问题的有力工具并在当今控制领域起着重要作用，但是随着科学技术的发展，工程科学对控制提出了更高的要求，传统控制理论却表现出了它的局限性。工业生产过程多具有非线性、时变性和不确定性，一般难以用精确的数学模型描述。传统控制理论的任务在于反馈控制使闭环系统稳定。但工程技术提出的控制任务远不能用稳定来概括，面对复杂的对象，复杂的环境和复杂的任务必须发展新概念、理论与方法【1】。智能控制理论是控制理论与人工智能相结合的产物，是传统控制理论在深度上的挖掘，其目标是提高控制系统自寻优、自适应、自学习、自组织等方面的智能水平。迄今为止，世界上最高级、最有成效的控制器还是人类自身，因为人具有比任何其他动物都发达的大脑，人具有处理模糊信息和直觉推理等多种智能【1】。从不同角度模拟人的智能就产生了不同的智能控制理论分支，其中应用较多的有模糊控制、专家系统和神经网络等【2】。从广义上讲，各种智能控制方法的共同点是使工程控制系统具有某种仿人的智能，即研究人脑的微观或宏观结构功能，并把它移植到工程上【3】。“电动小车调速系统研究”课题的主要任务是研制一种电动小车调速装置，为机器控制电动小车自主运行研究做前期准备工作。另外，在运动控制系统中应用最普遍的是电动机自动调速系统。由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，长期以来是自动调速系统的主要形式。在许多工业部门，如金属加工、纺织、海洋钻探、轧钢、矿山采掘、造