浙江省大学生科技创新活动计划项目申3.doc

浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）项目申报书创新项目名称： 串励电机直流数控系统设计 创新项目负责人： 潘明珠 项目负责人专业： 自动化 学校名称： 丽水学院 申报日期： 2012 年 3 月 1 日项目类别：大学生科技创新项目 大学生创新创业孵化项目大学生科技成果推广项目浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）实施办公室 制填写说明一、申报书要按照要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。二、格式要求：申报书中各项内容以Word文档格式填写，表格中的字体为小四号仿宋体，1.5倍行距；表格空间不足的，可以扩展或另附纸张；均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。三、申报书由所在学校领导审查、签署意见并加盖公章后，一式2份（均为原件），报送至团省委学校部。一、项目简介项目概况项目名称 串励直流电机数控系统设计 项目性质（）基础研究 （）应用基础研究项目来源（）自主立题 （）教师指导选题起止时间自 2012 年 3 月 至 2013 年 3 月项目状况1、研发阶段 2、中试阶段 3、批量（规模）生产（选项打）申请人姓名潘明珠性别 女出生年月1991年9月学历本科所在院系工学院联系电子信箱247477138项 目 组主要成员姓名性别学历专业具体分工 宋浩财 男本科自动化101硬件、实验徐家升男本科自动化102仿真、软件潘明珠女本科自动化101硬件、调试胡杭芳女本科自动化101仿真、硬件项目指导教师姓名陈超性 别 男出生年月1984年12职称助教主要研究方向电机电器及其控制技术近三年获奖成果：国家级_等奖_项，省部级_等奖_项近三年科研经费_万元，年均_万元姓名性 别出生年月职称主要研究方向近三年获奖成果：国家级_等奖_项，省部级_等奖_项近三年科研经费_万元，年均_万元姓名性 别出生年月职称主要研究方向近三年获奖成果：国家级_等奖_项，省部级_等奖_项近三年科研经费_万元，年均_万元项目主要内容简介 基于单片机的串励直流电机数控系统是为克服传统串励直流电机模拟控制系统的不足而设计的。本设计是主要以高性能单片机为控制核心，采用降压斩波电路为主电路，通过对功率管的脉冲宽度调制控制（PWM），输出电压电流检测，制动控制、实现电机的数字控制系统。另外如果条件允许，我们将设计基于中文液晶屏的人机界面，从而完善系统的人性化设计。二、项目研究目的、意义及创新性1、申请项目的必要性、目的及意义本设计方案应用在缝纫机串励直流电机上，克服了传统的模拟控制器的不足。采用基于高性能单片机的数字控制系统，可以减小原有模拟控制器输入电流脉动严重导致对电网的无功输出，影响电网质量的问题；采用PWM技术可以实现稳定的直流电压电流的输出，使电机运行更加平稳，缝纫机的加工精度提高；实现了模拟控制器无法具备的制动控制，电机瞬时停转迅速，符合用户的舒适体验；系统设计的过流过压保护功能更完善，安全性更高；采用单片机的数字采样分析功能，使脚踏器更灵敏，线性度更高；采用带保护的电流正反馈技术的低速强行驱动技术，实现当缝纫机突然进入厚布料区域时的动力不足导致的减速状况。2、项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围 随着社会的飞速发展，家用缝纫机已经由原有脚踏动力发展成现在的电机动力，其中的动力装置大量采用了串励直流电机。丽水地区的缝纫机产业非常发达，如方正电机有限公司这样的上市公司，在缝纫机领域有大量的产品出口到亚非拉等世界各地。电机控制系统大部分还是采用了比较简单的模拟控制系统，性能粗糙，功能不够完善，影响了现有产品向高端发展的能力。采用本课题设计的数字控制系统，可以解决以上问题。采用电力电子技术中的全桥不控整流加降压斩波电路的主拓扑，利用串励直流电机的励磁绕组做为稳流电感，可减小输入电流纹波和对电网的无功输出；输出电压线性可调，电机运行平稳，提高缝纫机的加工精度。针对传统模拟控制器无法实现电机制动的特点，采用基于高性能单片机的数字控制后，可以利用反接等方式实现电机的快速制动，符合用户的操作习惯。通过单片机高精度的AD检测模块，不仅可以实现电压电流检测功能，也可以实现电机的精细控制，还可以实现过压过流保护。单片机时时采集脚踏器上的控制参量信号，通过快速计算，可以非常线性的控制电机转矩和功率，使缝纫机能准确快速的反应操作者的主观意图，无滞后现象。 当缝纫机突然进入厚布料区域，导致动力不足而要减速时，该软件采用带保护的电流正反馈技术的低速强行驱动技术，可以瞬间增大驱动电流，从而实现强行稳速。3、实施该项目所具备的基础、优势和风险项目所具备的基础：项目是建立在原有的模拟控制系统控制器上。其大部分问题已经得到解决，相关的成熟技术被业界广泛接受，并在许多领域中得到成功应用。项目组成员为丽水学院自动化专业大二的学生，项目组成员平时对电子制作较感兴趣，并有较强的实践动手能力。在我们的课程中，我们学习了电路原理与电机和拖动，已经掌握电路设计和电动机这两方面的知识，为我们这个科研打下了坚实的基础。虽然我们尚未完成电力电子技术和单片机的课程学习，但经过我们几个人的努力学习、钻研和探讨、课外对相关知识的补充，再加上指导老师将会在项目总体方案设计和项目实施的各个环节给予全程指导，我们相信我们可以完成该项目。项目的优势：该系统充分发挥了单片机的性能。其硬件电路相对简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高，具有一定的使用和参考价值。可用于多种场所，通过一定的手段，整合其他设配，可依据不同的需求而设定相应的功能，拓展前景广泛。项目的风险：由于该项目研究在技术上具有一定的难度，项目成员都是在读的本科生，科研实践的经验还不够丰富。在研究过程可能会遇到各种难以预测的困难，这是开展该项目研究可能的风险因素，但通过项目组全体成员的刻苦钻研、不懈努力，及在教师的指导下，有信心、有能力按期实现预定的目标。4、项目创新之处1.采用基于高性能单片机的数字控制技术。2.采用不控整流加降压斩波电路。3.实现了电机的制动功能。4.实现高精度的电压电流检测和保护。 5.软件上实现带保护的过流正反馈技术，实现低速强行驱动能力。5、项目计划目标运用所学专业课程电机与拖动、电力电子技术、电工电子实训、自动控制原理、微机原理及应用、传感检测技术和电子系统课程设计等知识，通过研制串励直流电机数控系统，熟悉电子产品设计制作的全过程，并进一步巩固所学理论知识。最终完成实物和报告。具体计划：1.分析基于单片机的串励直流电机数控系统的标准和测试要求，完成总体方案的设计。2.原理设计、元器件选择：详细的电路原理图设计。并进行功率驱动电路的设计、电源电路设计、脚踏器电路设计。3.硬件设计：辅助电源设计、整流滤波电路设计、整流和降压斩波电路设计、直流电压电流检测电路设计、开关管驱动电路设计，并利用DXP软件对原理图进行规范和完善，制作PCB板。4.软件设计：软件采用模块化设计，并利用仿真软件进行仿真调试。5.实物的安装和调试，材料整理，报告形成。三、预期成果、知识产权形成及经济、社会效益分析1、 项目的预期成果及知识产权归属情况1.完成串励直流电机数控系统的实物。2.提交报告和心得体会各1份。根据知识产权的相关规定，知识产权归属于学校和项目组成员。2、 项目的市场前景分析电机驱动的缝纫机已基本取代脚踏式缝纫机，采用基于单片机的串励直流电机数控系统作为电机驱动系统，可以极大的提高缝纫机的控制性能；相对低廉的成本也有利于此系统的推广，为打入欧美等发达国家的高端市场提供充分保证。3、 项目的盈利能力分析由于采用成熟的电子器件，作为控制核心的单片机也已经普及，整个控制系统的生产成本已经非常低廉，不超过100元的成本相对于由模拟系统变成数字系统带来的性能来说是非常划算的。4、 项目的社会效益分析采用串励直流电机数控系统，有助于减小对电网的无功输出，净化电网质量。采用此数控系统可以提高现有缝纫机的技术层次，符合国家对装备制造业向高端发展的殷切要求。此系统的设计思路除了应用在缝纫机上外，也可以应用在采用串励直流电机做为动力的高端电动工具上，有助于电动工具等产业提升。四、项目实施进度方案12012.04.1-2012.6.1调研、收集、查阅国内外相关技术资料,细化项目研究内容，具体技术分工；22012.06.2-2011.08.1工作原理研究,确立总体实施方案， 32012.08.2-2012.11.1基于单片机的串励直流电机数控系统的相关电路的设计和硬件设计42012.11.02-2013.01.1基于单片机的串励直流电机数控系统软件设计52013.01.02-2013.03.1安装调试、完成实物、整理资料、完成报告, 准备项目验收五、项目经费预算浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）项目经费预算表预算科目名称金额一、经费来源（合计）1、省财政经费2、学校配套经费3、自筹经费4、其他二、经费支出（合计）100001、设备费3500（1）购置设备费（2）试制设备费（3）设备租赁费2、材料费10003、测试化验加工费25004、燃料动力费5、差旅费10006、会议费 7、合作、协作研究与交流费8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费9、人员劳务费10、专家咨询费11、其他开支2000注：支出预算按照经费开支范围确定的支出科目和不同经费来源编列，同一支出科目一般不同时在财政经费和自筹经费中预算