毕业论文终稿-液压伺服千斤顶系统设计（送全套CAD图纸 资料打包）

下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763目录1引言211选题的依据及课题的意义212国内外的研究概况313单片机控制系统的发展概况414PID控制算法的发展概况515设计要求及工作内容616目标、主要特色及工作进度72机械结构与液压传动系统设计721系统结构分析722千斤顶零部件分析923油缸与螺纹的校验12231油缸的壁厚校验12232锁母螺纹牙剪切强度校验13233锁母螺纹牙的弯曲强度校验1424液压系统分析1425液压泵与电动机的选择1526超高压泵站简介163单片机控制系统设计1731单片机的选用及功能介绍1732片外存储器功能简介1833显示部分设计2134键盘部分设计2535交流异步电动机变频调速系统27351交流异步电动机变频调速原理28352主电路和逆变电路工作原理28353变频与变压3236位移检测部分的设计38361位移检测传感器的选用38362光栅位移传感器与单片机的接口设计4037位移传感器部分的设计43371A/D转换器的选择43372压力传感器与单片机的接口设计47下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605统的PID控制算法4841PID控制原理4842数字PID控制算法50421位置式PID控制算法50422增量式PID控制算法5143智能自适应PID控制器525系统模拟仿真5751SIMULINK概述5852SIMULINK的窗口和菜单5853用SIMUINK创建模型6054用SIMULINK进行系统仿真与分析61541建立控制系统模型61542系统模块参数设置与仿真参数设置62543系统仿真与分析646结论677致谢688参考文献68买文档送全套图纸扣扣414951605下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605言下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或130413976311选题的依据及课题的意义随着现代社会的不断发展，工业化程度的不断深入，大尺寸、大重量、不规则表面的工件越来越多的成为工厂加工的对象。而在加工过程中如何将这些工件准确的提升至预定位置则成为最难解决的问题，这时传统的千斤顶和起重机等设备就显示出先天不足的缺陷来。也正是在这种环境下，同步顶升系统应运而生，并在建筑、机械加工、造船等行业扮演着越来越重要的角色。同步顶升系统是由控制系统协调控制多个千斤顶，使其具备顶升大重量、大体积、复杂工作表面的工件的能力，并具有同步升降、点动升降、连续升降、侧翻仰俯等功能的机电一体化设备。其控制系统可以是微机、单片机、可编程控制器等；其动力系统有液压式、气电式、汽液两用式等；吨位从几百公斤到几千吨不等，主要由动力方式和千斤顶的个数来决定。由于其体积小、承载重、精度高、结构简单、控制方便、使用灵活等优点被广泛的用于电力、建筑、机械制造、矿山、铁路桥梁、造船等多种行业中，在设备安装、起顶拆卸、静力压桩、设备校调、基础沉降等工作岗位发挥了重要的作用。基于单片机控制、液压传动的四顶顶升系统是较常见的，控制算法较简单的一种。由于其控制简便、吨位适中、价格也很低廉的优点使得其在中小企业、民营单位甚至轻工业领域都有很高的使用度。其重要性不言而喻，对其进行研究和开发具有很大的市场空间和实用价值。12国内外的研究概况国外对同步系统的研究起步较早，基于单片机控制、液压传动的四顶顶升系统是较常见的，控制算法较简单的一种。由于其控制简便、吨位适中、价格也很低廉的优点使得其在中小企业、民营单位甚至轻下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763工业领域都有很高的使用度。美国实用动力ENERPAC是这一行业的佼佼者，在澳大利亚的昆士兰州，GB为许用弯曲应力。锁母内螺纹的公差直径D为160MM，查表可知螺纹中径D2为152MM弯曲力臂LDD2/24MM，下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763许用弯曲应力B1272MPA经计算B2944MPA72MPA经校验螺纹牙的弯曲强度在许用范围之内。24液压系统分析液压系统的主要功能是为千斤顶提供动力，通过换向装置使千斤顶具有上升和下降的功能。为千斤顶的正常工作提供保证和保护措施。由于该顶升系统采用单片机控制，并配有压力传感器和光栅位移传感器来检测压力信号和千斤顶的位移量，所以可通过单片机控制油缸内的压力、进油口的流量和活塞的运动速度。这样在一般液压系统中常用到的节流阀、调速阀、背压阀、减压阀等元器件可不必使用到，液压回路得到极大的简化。在液压油路的进油端设置一个溢流阀，给液压系统提供双重保护。在回油端设置一滤油器，保证油液清洁，可提高使用寿命。使用二位四通的电磁换向阀改变油路方向。为使液压缸的运动速度不受载荷变化的影响，保持稳定，我们在油缸的下腔进油口处安装一个平衡阀，该阀不但能保证千斤顶升降时都处于进油调速状态，同时还具有单向阀的功能，所以无论是停电还是破管时，平衡阀均能无泄漏的立即将下腔封闭，保证工件不会自由下滑。使千斤顶在停电状态仍能可靠承载。综合上述观点，我们将液压原理图设计如下下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763如图241所示，二位四通电磁换向阀的电磁铁的工作状态是由单片机控制的，当换向阀电磁铁通电时，换向阀左位接入系统，油液经电磁换向阀和平衡阀进入油缸下腔，使得千斤顶上升，再从油缸上腔流出，经电磁换向阀和滤油器流回到油箱内，这时平衡阀的作用相当于一个单向阀；反之，当换向阀电磁铁断电时，换向阀右位接入系统，油液经换向阀流入油缸上腔，当上腔压力达到一定值时，平衡阀上位接入系统，这时平衡阀的作用相当于一个节流阀，油液从油缸下腔流出，经平衡阀、电磁换向阀和滤油器流回到油箱。从而实现了千斤顶升降换向功能，并具有过载保护和断电保护的功能。25液压泵与电动机的选择为了保证系统正常运转和泵的使用寿命，一般在固定设备系统中，正常工作压力为泵的额定压力的80左右。正常工作时千斤顶的最大压力为28656MPA。所以为满足要求，泵的工作压力为P28565/083571MPA下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763千斤顶的最大运动速度为60MM/MIN，液压缸的有效面积为707756MM2。所以液压泵向液压缸提供的最大流量为Q707756X60/10000000425L/MIN若回路中的泄漏按液压缸输入流量的10估计，则液压泵的总流量为Q0425X110467L/MIN。根据以上压力和流量的数值查阅产品目录，最终确定所选液压泵的型号为7631R061。这种液压泵的额定工作压力为40MPA，流量为061L/MIN，完全符合工作要求。千斤顶的最大工作载荷为20T，即200000N，运动速度为60MM/MIN，即0001M/S。按液压泵的总效率为075，则液压泵驱动电动机所需的功率为P200000X0001/0750266KW根据此数据查阅电动机产品目录选用功率大于0266KW的电动机。26超高压泵站简介最后我们综合考虑了液压泵、电动机、液压回路等因素后，选用BZ40061型超高压油泵站。这个油泵站的外形尺寸（MM）为650X370X765，主要部件包含有1个HAWE公司生产的7631R061液压泵、1个二位四通的电磁换向阀与溢流阀组件，一个ABB公司生产的M2QA90L4A型电动机、两根63MPA高压软管和两个软管接头。液压泵的额定压力为40MPA，流量为061L/MIN，电动机的功率为15KW，所采用的工作介质是YN32型抗磨液压油，储油量为45L。这种液压油需要经过过滤精度为05M过滤后才能使用，这样可提高同步系统的可靠性并延长泵站使用寿命。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763选用这个超高压的原因是站内设有溢流阀和二位四通电磁换向阀组件，具有电动控制部分，使油泵站具备操作简单、使用方便、安全可靠的优点。3单片机控制系统设计同步顶升系统的控制系统可以是微机、单片机、可编程控制器等，考虑到本次设计的顶升系统仅有4个千斤顶，控制器需要进行的运算量不大，而且本系统提供的功能并不复杂，单片机MCS51足以。所以从节省成本的角度出发选择了单片机控制系统。将本次单片机的控制系统划分为以下几个模块图31单片机模块图31单片机的选用及功能介绍MCS51系列单片机是美国INTEL公司在1980年推出的8位单片微型计算机。其典型产品有8031、8051和8751三种机型，除片内程序存储器的容量不同外，其内部结构与引脚完全相同。在此我们选用了较为常用的8051芯片。其引脚示意图如图311所示MCS51系列单片机由微处理器、存储器、定时器/计数器、串行和并行的I/O接口、中断系统合振荡器构成。8051的P00P07这8根引脚采用分时复用的方法作低8位地下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763址线与双向8位数据线；P20P24这5根引脚在访问片外存储器或扩展I/O接口时，提供高位地址；P25P27和P10这4根引脚接2片74LS138译码器，产生片选信号；引脚ALE接地址锁存器74LS373、8155、8279和SA4828的使能端；EA/VPP端因不访问片内存储器而接地；X1、X2接6MHZ的晶振；RESET端接重启电路。图311MCS51芯片引脚示意图32片外存储器功能简介片外存储器扩展包括程序存储器（ROM）扩展和数据存储器（RAM）扩展。MCS51系列单片机具有64KB的程序存储空间，其中8051、8071片内有4KB的程序存储器，8031片内无程序存储器。当采用8051、8071型单片机而程序超过4KB，或采用8031单片机时，就需对程序存储器进行外部扩展。外部程序存储器的扩展原理如图321所示P0口EAALEP2口PSN数据输出锁存器数据输入指令EPROMOE下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图321外部程序存储器扩展原理图外部程序存储器可选用EPROM、EPROM、PAGEDEPROM和KEPROM2等。紫外线擦除电可编程只读存储器EPROM，典型产品有INTEL公司的系列芯片2716（2K8位）、2732A（4K8位）、2764A（8K8位）、27128A（16K8位）、27256（32K8位）和27512（64K8位）等，在这些芯片上均设有一个玻璃口，在紫外线下照射20分钟左右，存储中的各位信息均变为1。以后通过编程器可将这些程序固化到这些芯片中。INTEL2764是8K8位的EPROM，单一5V供电，最大工作电流2为140MA，维持电流60MA，其24脚的管脚及原理框图见图26。由于片内编程所需要的高压脉冲产生电路，因此无需外加编程电源和写入脉冲。8031单片机内部仅有128个字节RAM存储器，而CPU对内部的RAM具有丰富的操作指令。如在实时数据采集和处理时，仅靠内部的RAM是远远不够的，因此必须扩展外部数据存储器。常用的数据存储器有静态RAM和动态RAM两种。以下为静态RAM与MCS51的接口外部数据存储器的扩展方法如图322所示P0口ALEP2口WRDDD07地址RAMCEWO锁存器译码下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图322外部数据存储器的扩展原理图8031单片机应用系统中，静态RAM最为常用，因为这种这种存储器无需考虑刷新问题。但是与动态RAM相比，需要消耗较大的功率，价格也较高。下面对本文中所涉及的6264为例，介绍静态RAM的扩展。6264是8K8位的静态随机存储芯片，采用CMOS工艺制造，单一5V供电，额定功率200MW，典型存储时间200NS，为28线双列直插式封装。6264的AA这13条地址线与锁存器的输出及P2口对012应线相连，6264的DD这8条数据线与8031的P0口对应相连，76264的和与8031的和对应，CS接高电平。OEWRW2按照这种片选方式，6264的8KB地址范围不唯一，6000H7FFFH是一种地址范围。当向该片6000H单元写有个数据DATA时，可用如下指令MOVA，DATAMOVDPTA，6000HMOVXDPTR，A从7FFFH单元读一个数据时，可用如下指令MOVDPTR，7FFFHMOVXA，DPTR上面讨论的是8031扩展一片EPROM或RAM的方法。在实际应用中，可能需要扩展多片EPROM或RAM。本次设计要扩展8K8位的EPROM和8K8位的RAM各3片。当CPU通过指令MOVCA，ADPTR下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763发出读EPROM操作时，P2、P0发出的地址信号应能选择其中一片的一个存储单元，即8片2764不应该同时被选中，这就是所谓的片选。我们采用了地址法译码，译码芯片为2片74LS138。总共可提供16个片选信号。33显示部分设计显示设备有CRT、LCD、LED等，我们选用的是功能简单的LED数码管显示器。LED显示器由7条发光二极管组成显示字段，有的还带有小数点DP。将7段发光二极管阴极连在一起，称为共阴接法，当某个字段的阳极为高电平时，对应的字段就点亮。如下图所示点亮LED显示器有静态和动态两种方法。所谓静态显示，就是显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止，这种方式，每一显示位都需要一个8位输出口控制，占有硬件较多，一般仅用于显示器位数较少的场合。图331数码管的引脚示意图所谓动态显示，就是一位一位地轮流点亮各位显示器。对每一位下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763显示器而言，每隔一段时间点亮一次。显示位的亮度显示位的亮度跟导通电流有关，也和点亮时间和间隔时间的比例有关。动态显示器因为其成本较低，多数显示撕常常采用。为了显示字符，要为LED显示器提供显示段码（或称字形代码），组成一个“8”字形的7段，再加上一个小数点位，共计8段，因此提供LED显示器的显示段码为一个字节。各段码位的对应关系如表331表331段码位D7D6D54D3D2D1D0显示位DPGFEDCBALED要正常工作需要通过I/O接口芯片8155与8051相连。8155芯片内具有256个字节的RAM，两个8位、一个6位的可编程I/O和一个14位计数器，与MCS51接口简单，是单片机应用系统中使用最广泛的芯片8155的结构框图如图332所示。图3328155的逻辑结构图和引脚示意图下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763在8155内部具有（1）256字节的静态RAM，存取时间为400NS。（2）三个通用的输入/输出口。（3）一个14位的可编程定时/计数器。（4）地址锁存器及多路转换的地址和数据总线。（5）单一5V电源，40脚双列直插式封装。8155可以和MCS51直接相连，见附图所示。8155的RAM和各端口地址如下RAM的地址000H00FFH命令口0200HA口0201HB口0202HC口0203H定时器低位0204H定时器高位0205H6位LED显示器和8155的接口逻辑见附录图所示。设8051RAM中有6个显示缓冲单元79H7EH，分别存放6位显示器的显示数据。8155的A口扫描输出总有一位为高电平，8155的B口输出相应位的显示数据的段数据，使每一位显示出一个字符，其余位为暗，依次改变A口输出的饿高电平位及B口输出对应的段数据，6位显示器就显示出缓冲器的显示字符。程序清单如下DIRMOVR0，79H；显示缓冲区首址送R0MOVR3，01H；使显示器最右边位亮MOVA，R3LD0MOVDPTR，0101H；扫描值送入PA口MOVXDPTR，A下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763INCDPTR；指向PB口MOVA，R0；取显示数据MOVA，12H；加上偏移量MOVXA，APC；取出字形MOVXDPTR，A；送出显示ACALLDL1；延时INCR0；缓冲区地址加1MOVA，R3；JBACC5，LD1；扫到第6个显示位了吗RLA；没有，R3左环移一位，扫描下一个显示位MOVR3，AAJMPLD0LD1RETDSEGDB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH；显示段码表DSEG1DB7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CHDSEG2DB39H，5EH，79H，71H，73H，3EHDSEG3DB31H，61H，1CH，23H，40H，03HDSEG4DB18H，00H，00H，00HDL1MOVR7，02H；延时子程序DLMOVR6，0FFHDL6DJNZR6，DL6DJNZR7，DLRET34键盘部分设计下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763键盘共设有32个键，由4条行线8条列线组成开关矩阵。对于开关矩阵的接法大多数单片机的入门教科书上大多是采用8155作为键盘I/O的接口芯片，但8155芯片不具备中断请求输出端，于是不得不采用键盘扫描程序不断的检测是否有按键被使用，这样就给单片机造成了很大的运算负担，运算量较大时有可能造成系统无法响应，所以我们在这里选用了专门用于键盘连接的8279芯片。8279芯片的引脚示意图如图341所示图3418279的引脚示意图8279采用单一5V电源供电，40脚封装。DB0DB7双向数据总线，用来传送8279与CPU之间的数据和命令。CLK时钟输入线，用以产生内部定时的时钟脉冲。RESET复位输入线，8279复位后被置为字符显示左端输入，二键闭锁的触点回弹型式，程序时钟前置分频器被置为31,RESET信号为高电平有效。CS片选输入线，低电平有效，单片机在CS端为低时可以对8279读/写操作。A0缓冲器低位地址，当A0为高电平时，表示数据总线上为命令下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763或状态，当为低电平时，表示数据总线上为命令或状态，当为低电平时，表示数据总线上为数据。RD读信号输入线，低电平有效，将缓冲器读出，数据送往外部总线。WR写信号输入线，低电平有效，将缓立器读出,将数据从外部数据总线写入8279的缓冲器。IRQ中断请求输出线，高电平有效，在键盘工作方式下，当FIFO/传感器RAM中有数据时，此中断线变为高电平，在FIFO/传感器RAM每次读出时，中断线就下降为低电平，若在RAM中还有信息，则此线重又变为高电平。在传感器工作方式中，每当探测到传感器信号变化时，中断线就变为高电平。SL0SL3扫描线，用来扫描按键开关，传感器阵列和显示数字，这些可被编程或被译码。RL0RL7回送线，经过按键或传感器开关与扫描线联接，这些回送线内部设置有上拉电路，使之保持为高电平，只有当一个按闭合时，对应的返回线变为低电平；无按键闭合时，均保持高电平。SHIFT换位功能，当有开关闭合时被拉为低电平，没有按下SHIFT开关时，SHIFT输入端保持高电平，在键盘扫描方式中，按键一闭合，按键位置和换位输入状态一起被存贮起来。CNTL/STB当CNTL/STB开关闭合时将其拉到低电平，否则始终保持高电平，对于键盘输入方式，此线用作控制输入端，当键被按下时，按键位置就和控制输入状态一起被存贮起来，在选通输入方式中，作选通用，把数据存入FIFORAM中。OUTA3OUTA0及OUTB3OUTB0显示输出A口及B口，这两个口是164切换的数字显示。这两个端口可被独立控制，也可看成一个8位端口。BD空格显示,此输出端信号用于在数字转换时将显示空格或者用下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763显示空格命令控制其显示空格字符。VCC5V电源输入线。VSS地线输入线。35交流异步电动机变频调速系统交流异步电动机因为结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、维护方便的特点，在生产和生活中得到广泛应用。与其他种类电动机相比，交流异步电动机的市场占有量始终第一位。然而，长期以来，交流异步电动机的调速始终是一个不好解决的难题。直到20世纪70年代，由于计算机的产生，以及近20年来新型快速的电力电子原件的出现，才使得交流异步电动机调速成为可能，并得到迅速的普及。目前，交流异步电动机调速系统已广泛用于数控机床、风机、泵类、传带机、给料系统、空调器等设备的动力源或运动源，并起到节约电能、提高设备自动化、提高产品产量和质量的良好效果。因此，交流异步电动机调速技术是现代自动控制专业技术人员必须要掌握的知识。现代流行的交流异步电动机调速控制方法是变频变压法（VVVF）。这种调速方法的原理比较简单，而且有20多年比较成熟的发展经验，因此应用得较多，市场上也有较多的相关产品。351交流异步电动机变频调速原理根据电机学理论，交流异步电动机的转速可由式351表示351601FNSP式中N电动机转速P电动机磁极对数下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763F电源频率S转差率由上式可知，影响电动机转速的因素有电动机的磁极对数P、转差率S和电源频率F。其中，改变电源频率来实现交流异步电动机调速的方法效果最理想，这就是所谓变频调速。352主电路和逆变电路工作原理变频调速实质上是向交流异步电动机提供一个频率可控的电源。能实现这一功能的装置称为变频器。变频器由两部分组成主电路和控制电路，其中主电路通常采用交直交方式，即先将交流电转变成直流电（整流、滤波），再将直流电转变成频率可调的矩形波交流电（逆变）。图3521是主电路的原理图，它是变频器常用的最基本的格式。图3521电压型交直交变频调速主田路（1）主电路中各元件的功能主电路中各元件的功能如下。交直电路整流管D1D6组成三相整流桥，对三相交流电进行全波整流。整流后的直流电压下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763U135X380V513V滤波电容CR滤除整流后的电压波纹，并在负载变化时保持电压平稳。当变频器通电时，瞬时冲击电流较大，为了保护电路元件，加限流电阻RA。延时一段时间后，通过控制电路使开关JK闭合，将限流电阻短路。电源指示灯LP除了指示电源通断外，还可以在电源断开时，作为滤波电容CR放电通路和指示。滤波电容CR容量通常很大；所以放电的时间较长（数分钟），几百伏的高电压会威胁人员安全，因此，在维修时要等指示灯熄灭后进行。RC是制动电阻。电动机在制动过程中处于发电状态，由于电路是处在断开情况下，增加的电能无处释放，使电路电压不断升高，将会损坏电路元件。所以，应给一个放电通路，使这部分再生电流耗在电阻RC上。制动时，通过控制电路使开关管TC导通，形成放电通路。直交电路逆变开关管T1T6组成三相逆变桥，将直流电逆变成频率可调的矩形波交流电。逆变管可以选择绝缘栅双极晶体管IGBT、功率效应管MOSFET。续流二极管D7D12的作用是当逆变开关管由导通状态变为截止时，虽然电压突变将为0，但由于电动机线圈的电感作用，储存在线圈中的电能开始释放，续流二级管提供通道，维持电流继续在线圈中流动。另外，当电动机制动时，续流二级管为再生电流提供通道，使其回流到直流电源。电阻R1R6、电容C1C6、二极管D13D18组成缓冲电路，来保护逆变开关管。由于开关管在开通和关断时，要受集电极电流IC和集电极与发射极间电压VCE的冲击，如图所示，因此要通过缓冲电下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763路进行缓解。当逆变开关管关断时，VCE迅速升高，IC迅速降低，过高增长率的电压对逆变开关管造成危害，所以通过在逆变开关管两端并联电容（C1C6）来减少电压增长率；当逆变开关管开通时，VCE迅速降低，而IC则迅速升高，并联在逆变开光管两端的电容（C1C6由于电压降低，将通过逆变开关管放电，这将加速电流IC的增长率，造成逆变开光管的损坏。所以增加电阻（R1R6），限制电容的放电电流。可是当逆变开光管关断时，该电阻又会阻止电容的充电。为了解决这个矛盾，在电子两端并联二极管（D13D18），使电容在充电时，避开电阻，通过二极管充电，在放电时，通过电子放电，实现缓冲功能。（2）三相逆变桥的工作原理三相逆变桥的电路简图如图3522（A）所示，图中R、Y、B为逆变桥的输出。图3522（B）是各逆变管导通的时序，其中深色部分表示逆变导管。图3522（B）可以看出，每一时刻总能有3只逆变管导通，另3只逆变管关断；并且T1与T4、T2与T5、T3与T6每对逆变管不能同时导通。图3522电路简图和逆变管通断时序下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763在T1时间段,T1、T3、T5这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从R到Y和从B到Y（设从R到Y、从Y到B、从B到R为正方向），得到线电压为URY和UYB。在T2时间段，T1、T5、T6这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从R到Y和从R到B，得到的线电压为URY和UBR。在T3时间段，T1、T2、T6这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从R到B和从Y到B，得到的线电压为UBR和UYB。在T4时间段，T2、T4、T6这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从Y到R和从Y到B，得到的线电压为URY和UYB。在T5时间段，T2、T3、T4这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从Y到R和从B到R，得到的线电压为URY和UBR。在T6时间段，T3、T4、T5这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从B到R和从B到Y，得到的线电压为UBR和UYB。线电压URY、UYB、UBR的波形见图3523。从图中可以看出，三者之间互差120，它们的幅值是U。图3523逆变输出线电压波形因此，只要按图的规律控制6只逆变管的导通和关断，就可以把直流电逆变成矩形波三相交流电；而绝、形波三相交流电的频率可在逆变是受到控制。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763然而，矩形波不是正弦波，含有许多高次谐波成分，将使交流异步电动机产生发热、力矩下降、振动噪声等不利结果。为了使输出的波形接近正弦波，可采用正弦脉宽调制波。353变频与变压由前面的叙述可知改变电源频率可达到改变电动机转速的目的，但实际上当交流异步电动机进行变频调速时，必定会造成通过电动机铁芯的磁通量的改变。由于电动机的磁通容量与电动机的铁芯大小有关，通常在设计时与达到最大容量，因此，当磁通量增加时，将产生磁饱和，造成实际磁通量增加不上去，产生电流波形畸变，削弱电磁力矩，影响机械特性。为了解决机械特性下降的问题，一种解决方案是设法维持磁通量恒定不变，即设法使E/FK常数这就要求，当电动机改变电源频率F时，E与应该作相应的变化，来维持它们的比值不变。由于阻抗上产生的压降相对于加在绕组端的电源电压U很小，可略去。则UE这就说明可以通过调节电压U，使其跟随频率F的变化的方法达到使磁通恒定不变的目的，从而调整电动机的转速。怎样实现变频的同时也变压我们采用的方法是脉宽调制（PWM）。将图3523所示的一个周期的输出波形用一组等宽脉冲波来表示，如图3531所示。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图3531含有等宽载波的脉宽调制波形如图3523所示，买个脉冲的宽度为T1,相邻脉冲的间隔为T2，T1T2TZ脉冲周期。则等宽脉冲的占空比为T1/（T1T2）调节占空比，就可以调节输出的平均电压；调节PWM波的频率1/T，就可以改变电源频率，实现调速。通过控制电路，可以容易的实现对脉冲波的占空比和PWM波的频率分别进行调整。但是，虽然实现了变频与变压，可是逆变电路输出的电压波形仍然是一组矩形波，而不是正弦波，仍然存在许多高次谐波的成分，因此还要进行改变。一种方法是将等宽的脉冲波变成宽度渐变的脉冲波，其宽度变化规律应符合正弦波的变化规律，如图所示。我们把这样的波称为正弦脉宽调制波，简称SPWM波。SPWM波大大地减少了谐波成分，可以得到基本满意的效果。产生正弦脉宽调制波SPWM的方法是用一组等腰三角形波与一个正弦波进行比较，如图所示，其相等的时刻（即交点）作为开关管“开”或“关”的时刻。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图3532SPWM波形生成方法将这组等腰三角形波称为载波，而正弦波则称为调制波。正弦波的频率和扶植时刻控制的，如图3532所示，改变正弦波的频率，就可以改变输出电源的频率，从而改变电动机的转速；改变正弦波的幅值，也就改变了正弦波与载波的交点，使输出脉冲系列的宽度发生变化，从而改变了输出电压。354电动机与单片机的接口在调制波的频率、幅值和载波的频率这3项参数中，不论哪一项发生变化时，都使得载波与调制波的交点发生变化。因此，在每一次调整时，都要重新计算交点的坐标。显然，单片机的计算能力和速度不足以胜任这项任务。过去通常的作法是对计算做一些简化，并事先计算出交点坐标，将其制成表格，使用时进行查表调用。但即使这样，单片机的负担也很重。为了使单片机从这一沉重的负担中解脱出来，近些年来，一些厂下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763商推出了专用于生成三相或单项SPWM波控制信号的大规模集成电路芯片，如HEF4752、SLE4520、SA4828等。采用这样的集成电路芯片，可以大大地减轻单片机的负担，使单片机可以空出大量的时间用于检测和监控。在本次设计中，我们采用的便是SA4828三相SPWM波控制芯片。SA4828时MITEL公司推出的一种专用于三相SPWM信号发生和控制的集成芯片。它既可以单独使用，也可以与大多数型号的单片机接口。该芯片的主要特点为全数字控制；兼容INTEL系列和MOTOROLA系列单片机；输出调制波频率范围04KHZ；16位调速分辨率；载波频率最高可达24KHZ；内部ROM固化3种可选波形；可选最小脉宽和延迟时间（死区）；可单独调整各相输出以适应不平衡负载；看门狗定时器。SA4828采用28脚的DIP和SOIC封装。其引脚如图3541所示。SA4828的各引脚功能如下AD0AD7地址或数据输入通道。SETTRIP通过该引脚，可以快速关断全部SPWM信号输出，高电平有效。RESET硬件复位引脚，低电平有效。复位后，寄存器的INH、CR、WTE和RST各位为0。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图3541SA4828的引脚示意图CLK时钟输入端，SA4828既可以单独外接时钟，也可以与单片机公用时钟。MUX用于总线选择。当MUX高电平时，使用地址与数据共用总线，这时，地址/数据引脚RS不用；当MUX低电平时，使用地址与数据分开的总线，这时，地址锁存引脚ALE接低电平，RS引脚要与一条地址线相连，来区分输入的字节是地址（低电平），还是数据（高电平），通常先地址后数据。CS片选引脚。WR、RD、ALE用于“RD/WR”模式，分别接收写、读、地址锁存指令。R/W、AS、DS用于“R/W”模式，分别接收读/写、地址、数据指令。RPHB、YPHB、BPHB这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的R、Y、B相的下臂开关管。RPHT、YPHT、BPHT这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的R、Y、B相的上臂开关管。它们都是标准TTL输出，每一个输出都有12MA的驱动能力，可直接驱动电偶。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763TRIP该引脚输出一个封闭状态。当SETTRIP有效时，TRIP为低电平，表示输出已被封锁。它也有12MA的驱动能力，可直接驱动一个LED指示灯。ZPPR该引脚输出调制波频率。WSS该引脚输出采样波形。SA4828内部结构如图3542所示。来自单片机的数据通过总线控制和译码进入初始化寄存器或控制寄存器。它们对相控逻辑电路进行控制。外部时钟输入经分频器分成设定的频率，并生成三角形载波，三角载波与所选定的片内ROM中的调制波形进行比较，自动生成SPWM输出脉冲。通过脉冲删除电路，删去比较窄的脉冲（如图所示），因为这样的脉冲不起任何作用，只会增加开关管的损耗。通过脉冲延迟电路生成死区，保证任何桥臂上的两个开关管不会在状态转换期间短路。看门狗定时器用来防止程序跑飞，当时间条件满足时快速封锁输出。图3542SA4828的内部结构图片内ROM存有3种可供选择的波形，它们是纯正弦波、增强型波形和高效波形。如图所示。每一种波形各1536个采样值。增强型波下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763形又称三次谐波，它可以使输出提高20，三相谐波互相抵消，防止电动机发热。高效型波形又称带死区的三次谐波，它是进一步优化的三次谐波，可以减小逆变开关管的损耗，提高功率利用率。寄存器列阵包含8个8位寄存器R0R5和R14、R15。其中R0R5用来暂存来自单片机的数据,这些数据可能是初始化数据,或者是控制数据；而R14、R15是两个虚拟的寄存器，物理上不存在。当向R14写操作时，实际是将R0R5中存放的48位数据送入初始化寄存器。当向R15写操作时，是将R0R5中存放的48位数据送入控制寄存器。SA4828与单片机接口如附录图所示。SA4828芯片可以与多种不同种类单片机接口，这次我们选用的是INTEL公司的8051单片机。8051的地址与数据总线，因此，SA4828芯片的MUX引脚接高电平或者悬空不接。通过8051的P0口与SA4828的AD口相连，提供8位数据和低8位地址，SA4828芯片中的地址锁存器可以锁存来自8051的低8位地址，从而将AD口输入的地址与数据分开。SA4828的地址锁存器由8051的ALE信号控制。同时，连接的控制信号还有读、写信号RD和WR。SA4828的片选信号CS用译码器74LS138的控制信号SASEL控制。SA4828的8个寄存器的地址为,寄存器R0R5的地址0000H0005H虚拟寄存器R14,R15的地址000EH,000FH。SA4828的SETTRIP引脚接8051的P11，使单片机能够在异常情况下封锁SA4828的输出。ZPPR引脚接8051的P32（INT0），测量调制波的频率，用于显示。SA4828的TRIP引脚接一只发光二极管，当SA4828的输出被封锁时，发光二极管灯亮报警。SA4828的6个输出引脚RPHT、YPHT、BPHT、RPHB、YPHB、BPHB分别通过各自的驱动电路，来驱动逆变桥的6只开关管。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或130413976336位移检测部分的设计361位移检测传感器的选用由于同步顶升系统控制量的要求精度较高，必须采用闭环控制系统，又由设计要求可知所设计的同步顶升系统必须具备位置检测功能。所以必须通过高精度的位移传感器对位移量进行检测，将检测结果转换成数字量，反馈给单片机，通过单片机对这些数据进行处理，处理的结果作为控制量对电动机进行控制，从而实现对各个千斤顶升降速度的精确控制，也就是对位移量的精确控制。在此我们选用光栅位移检测传感器。原因有如下几点（1）输出数字信号。光栅传感器输出的是数字信号，这使得它易于与数字电路，特别是单片机接口。这样就省去了模数之间的转换，简化了电路。（2）高精度。由于在某些使用场合下对同步顶升系统的工作精度要求较高，所以应选用具有较高精度的位移检测传感器。而光栅尺完全符合这种需求，由于精密的光刻技术和电子细分技术，以及莫尔条纹所具有的对局部误差的消除作用，光栅传感器可以得到很高的测量精度。目前，用于长度测量的光栅，其测量误差可控制在0204M/M以内，精度为053M/1500MM，分辨率可做到01M，允许计数速度为200MM/S。（3）具备大量程。这次我们设计的同步顶升系统，其每个千斤顶的最大行程为400MM，所以需要传感器具有较大的量程。但是一般的大量程的传感器其分辨率都不高，但光栅尺却可以很好的克服这个缺点。（4）性价比高。在测量精度方面，光栅传感器的仅次于激光测量，而成本却低的多。但是由于光栅传感器的光栅片一般是用玻璃制作的，而且移动光下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763栅片与固定光栅片之间的间隙很小，因此对环境条件如湿度、温度、振动、冲击等较为敏感。环境的变化会影响光栅传感器的性能和可靠性。所以设计千斤顶的结构时我们将光栅尺密封在活塞内腔中，但不与活塞一起上下运动，活塞升降时应尽量避免油液渗透进内腔污染光栅尺和电子原件。千斤顶的底座可通过螺钉与固定支架相连，可提高千斤顶的稳定性，减少振动，亦可保护光栅传感器。362光栅位移传感器与单片机的接口设计单片机与光栅传感器的接口电路如图362所示。它有3个部分组成，包括光栅信号检测电路、辨向电路、位置计数电路。光栅信号检测电路由光敏三极管和两个比较器LM339组成。来自光栅的莫尔条纹照到光敏三极管TA和TB上，它们所输出的电信号加到两个比较器的镇输入端上，而在这2个比较器的负输入端分别由2个51K的电阻和2个51K的可调电阻形成一定的参考电压，该参考电压应使光栅输出的UA、UB的高、低电平宽度一样（即整形）。从LM339输出的整形后的电压信号UA、UB送到辨向电路中去，辨向电路是由与门Y1、Y2、异或门E1E2E3和4位寄存器95组成。95的数据输入端D1接收UA，D0接收UB，接收脉冲由单片机的ALE和T0端提供。因此，当95的接收脉冲端LD有脉冲下降沿产生时，则UA、UB的电平分别由D1和D0端输入到Q1、Q0去。当莫尔条纹上移时，电偏平变化序列为00011110；但当莫尔条纹下移时，电平变化序列为00101101。在考虑的现新行状态和上次状态时，则有逻辑信号如表所列。从表中可以看出，但把上次与本次的状态组合成一个数码时，对于莫尔条纹上移的情况，两端的位总是不等，中间两位总是相等，对于莫尔条纹下移的情况，两端的位总是相等，中间两位总是不等。利用这种明显相反的特点，通过逻辑电平辨别光栅移动方向。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763因此，在4位寄存器95中，把Q0输出接到D2输入端，把Q1输出接到D3输入端，其意义也就是Q3、Q2寄存UA、UB原来的电平，用Q1、Q0寄存UA、UB现在的电平。这样在95中就形成了表362中所列的代码。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763从单片机送来的脉冲信号是95接收数据的时钟信号，这个时钟信号的频率较高，但这个信号从95的LD段输入时，就产生了这种情况只有当现行的UA、UB电平变化时，才会产生表所列的编码；如果UA、UB电平不变，在95中的Q3Q2的数码和Q1Q0中的数码会完全一样。例如，UAUB01，而且不变，则接收数据信号从LD输入时，95接收的结果为0101,当UAUB00时，在95接收后为0000。这些情况有利于判别UA、UB电平变化。很明显，有如下结论（1）当UA、UB不变时，95的Q3Q2和Q1Q0相同。所以，只有当Q2Q1不等时，Q3Q0也不等；当Q2Q1相等时，Q3Q0也相同。（2）当UA、UB变化时，95的Q3Q2寄存Q1Q0上次的数据，Q1Q0寄存当前的数据，即UA、UB电平。表中有，Q3Q0相同，Q2Q1不同时，莫尔条纹下移；Q3Q0不同，Q2Q1相同时，莫尔条纹上移。为了实现上面2点结论，在图中采用了Y1、Y2、E1、E2、E3组成的逻辑电路。当UA、UB不变时，Y1、Y2不应产生任何计数信号。这时，由于UA、UB不变，则有Q2Q1不等，Q3Q0也不等；或者Q2Q1相同，Q3Q0也相同。当Q2Q1不等时，就输出1，同时Q3Q0也不等，E3也输出1，这样，E1就会输出0。所以Y1、Y2也就输出0，它们都不会产生计数信号。当Q2Q1相同，Q3Q0也相同时，E2输出0,E3输出0,故E1