大功率电动机调速控制的硬件设计-开题报告

毕业设计（论文）开题报告题目大功率电动机调速控制的硬件设计专 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 选题的依据与意义在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。长期以来，自动调速电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机已经开始取代模拟电路作为电机控制器。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化，现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求，为此可考虑开发电机的新型单片机控制器，因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。2 国内外研究概况与发展趋势直流电机问世已有一百四十多年的历史。设计和制造技术上的很大进步, 新材料、新技术的应用以及整流电源的普及, 促进了一般工业用直流电机使用范围的不断扩大, 品种的日益繁多。从小至数瓦, 大到万余千瓦, 广泛地用于冶金、矿ft、煤炭、起重运输、机床制造、纺织印染等各个部门中, 特别是近几年电子计算技术广泛应用在直流电机设计制造中。从直流电动机的演变历史, 也可以纵观直流电动机的发展历史和动向、从四十年代后期到五十年代的前期, 直流电动机的电源主要是采用 M-G 电动发电机组,六十年代初, 电动发电机组电源已被水银整流器逐渐代替, 到六十年代后期, 由于可控硅整流装置的出现, 并得到迅 速发展, 可控硅整流电源已占统治地位。直流电源供电方式的不断更新换代,进一步促进了直流电动机的单机功率、转速不断提高, 朝着高速、大功率方向发展。另外, 由于绝缘技术和分析技术的进步, 直流电动机已迅速向小型轻量, 低惯量方面发展。随着各种技术的进步和研究的展开,诸多高质量的直流电机产品和科研成果纷纷出现。1985 年,美国 Ingersol 铣床公司生产了采用永磁同步直流电机的HVM600 高速加工中心,最大进给速度达 76.2m/min。而在 1997 年,汉诺威 12.EMO 展览会上有 20 多家公司展出了直流电机传动装置,如德国 Trumpf 公司的激光机床,法国 Renault automation 公司的加工中心等,展出的直流电机最大速度达150200 m/min。这些被称为最有前途的展品表明,在高速度机床的进给机构中愈来愈多的采用直流电机。新型磁性材料和控制技术、冷却方法的出现,为应用经济高速高动力直流电机创造了条件。由于变频技术的出现，交流调速一直冲击直流调速，但综观全局，尤其是我国在此领域的现状，再加上全数字直流调速系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要地位。对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面，而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现，但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果，稳速要求即以一定的精度在所需要的转速稳定运行，在各种干扰不允许有过大的转速波动。3 研究内容及实验方案3.1 研究内容本文主要研究了利用 80C552 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。利用直流测速发电机测得电机速度，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 实施方案设计直流电机调速控制器，实现 PWM 占空比和直流电机转速显示功能。主要完成以下工作：l 掌握直流电机调速控制器电路工作原理和控制方法。l 了解 80C552 系列微功耗单片机的特点和优点，学习、掌握 80C552 单片机的使用方法和编程方法以及 PWM 信号产生方法。l 设计和焊接系统电路，设计系统程序流程框图、编制监控程序。l 调试、验证电路与软件程序。l 编写设计说明书。完成电路设计、焊接和调试及实验设计。完成单片机监控程序设计和调试。能够通过按键设定直流电机转向和转速.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、制功、加/减速和正/反转；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l 资料收集，英文翻译，开题报告撰写3 月 9 日-4 月 5 日l 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l 测速方法的硬件设计与改进4 月 13 日-4 月 19 日l 测速方法的调试仿真4 月 20 日-5 月 17 日l 对比分析5 月 18 日-5 月 24 日l 论文撰写与答辩5 月 25 日-6 月 26 日参考文献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.