大功率电动机调速控制的软件设计-开题报告

毕业设计（论文）开题报告题目大功率直流电机速度控制的软件设计专 业 名 称测控技术与仪器班 级 学 号学 生 姓 名指 导 教 师填 表 日 期20xx年 4月 9日1 选题的依据及意义直流电机具有良好的启动性能和调速特性，虽然各种类型的电机层出不穷， 然而在自动控制系统、电子仪器设备等方面，直流电机的应用还是占有突出地位。直流电机调速平滑，调速范围广，过载能力强，抗冲击负载能力强，可实现频繁的无极快速起动、制动、加/减速和正/反转。为了满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，通过 PWM 方式控制直流电机调速的方法就应运而生。PWM 直流电动机调压调速系统拥有需用的功率元件少、线路简单、控制方便、开关频率高、低速性能好、稳速精度高及调速范围宽、控制方式多样化、能与数字速度给定信号直接接口等优点，在工厂和企业得到广泛的应用，有利与国家工业化的发展。通过学习并熟练掌握这个调速系统，对我们今后的工具作有十分重要的意义。本课题是以单片机为主要控制核心，针对直流电机的调速系统进行设计，通过本次毕业设计培养我们综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解,培养我们调查研究的习惯和工作能力。2 国内外研究概况及发展趋势随着各种微处理器的出现和发展，国外对直流电机的数字控制调速系统的研究在不断发展和完善目前，国外主要的电气公司，均已开发出数字式直流调装置，有成熟的系列化、标准化、模版化的应用产品供选用。根据当前单片机发展的趋势，国外的微电子技术和计算机技术的发展也得到广泛的应用使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展，随着 80C552 单片机的推广此单片机的产品已经遍布电子产品的每一个领域，尤其使 80C552 单片机的直流调速系统的综合设计能力得到迅速提升产生质的飞跃。我国科研单位都在致力研究由单片机控制直流电机的调速系统，并通过各种控制算法来多方面研究。其中提供了全系列 80C552 单片机的程序范例，并提供模块化程序库通过调用模块库内的函数,快速完成对直流电机的调速。并且80C552 单片机能够利用芯片本身的各种功能能够使调速系统更加简单实用。现阶段，我国还没有自主的全数字化直流调速控制装置生产商，而国外先进的控制器价格昂贵，且技术转让受限，为此研究及更好的使用国外先进的控制器，吸收国外先进的数字化直流电机调速装置的有点，具有重要的实际意义和经济价值。3 研究内容及实验方案3.1 研究内容主要研究了利用 80C552 系列单片机，通过 PWM 方式控制直流电机调速的方法。PWM 控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM 控制技术发展的主要方向之一。 本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了 PWM 信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。利用光电码盘测得电机速度，经过滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给 A/D 转换芯片最后反馈给单片机，在内部进行 PI 运算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。3.2 实验方案根据直流电机调速的控制要求确定整体的设计方案，完成单片机控制的 PWM 直流电机调速系统设计。该系统需能实现用软件产生 PWM 信号，并通过单片机输出信号到电机对电机的启动和停止、加速和减速、正转和反转进行控制。直流电机的转速在 LED 显示器上正确实时显示。该系统主要由输入设备、单片机、显示器、电机驱动模块和测速元件等部分组成。主要内容具体描述如下：1. 输入设备的选择：与矩阵键盘相比独立键盘结构简单，所以本设计采用独立键盘给单片机输入信号；2. 单片机的选用：单片机有多种型号，这里选择了 80C552 系列单片机；3. 显示部分的设计：LED 是单片机应用系统中最常用的输出器件，用 LED 实现对 PWM 脉宽调制占空比的实时显示；4. 电机驱功模块的设计：利用 H 桥式驱动电路可实现电机的正转、反转、制动的功能，作为集成有桥式电路的电机专用芯片 L298 在应用领域被广泛使用， 而且其性能比较稳定可靠，所以用 L298 作为电机的驱动芯片；5. 测速元件的选用：测速元件有很多，本设计选用光电码盘测速，在电机中安装光电码盘将转速传给单片机。4 目标、主要特色及工作进度4.1 研究目标l 克服半固态镁合金连续铸轧机直流调速中谐波大、功率因数低的问题，改善伺服系统的低速运行特性，使铸轧辊实现无极调速，稳态精度可达甚至小于0.3%。l 电码盘测速与给定速度的差值用 P 算法调节，对 80C552 的 PWM 输出高频脉冲信号的宽度进行控制，高频信号经隔离驱动控制逆变器基极的占空比，从而调节电动机转速。4.2 主要特色l 调速系统需用的功率元件少、线路简单、控制方便、开关频率高、低速性能好、稳速精度高及调速范围宽、控制方式多样化；l 调速平滑，调速范围广，过载能力强，抗冲击负载能力强，可实现频繁的无极快速起动、制动、加/减速和正/反转；l 调速稳定性好、精度高，稳态精度可达甚至小于 0.3%。4.3 工作进度1. 资料收集，英文翻译，开题报告撰写3 月 9 日-4 月 5 日2. 熟悉测速系统各功能模块电路与仿真系统4 月 6 日-4 月 12 日3. 测速方法的硬件设计与改进4 月 13 日-4 月 19 日4. 测速方法的调试仿真4 月 20 日-5 月 17 日5. 对比分析5 月 18 日-5 月 24 日6. 论文撰写与答辩5 月 25 日-6 月 26 日5 参考文献1 陈伯时.电力拖动自动控制系统M.北京:机械工业出版社,2003.2 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计M.北京:北京航空航天大学出版社，1999.3 陈兵芽.基于光电码盘的高精度电机转速测量J.制造业自动化，2005, 27(6):47-50.4谢勤岚.基于 80C196KC 的电机转速测量J.交通科技，2003，(2)：91-93. 5Kuo B.C. Automatic Control Systems. 8th ed. New Jersey: Prentice-Hall,Inc. 2002.6 江志红 51 单片机技术与应用系统开发案列精选 M. 北京：清华大学出版社，2008.127 王选民 智能仪器原理及设计 M. 北京:清华大学出版社，2008.78 文东 孙鹏飞 C 语言程序设计 M. 北京：中国人民大学出版社，2009.29