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1、-农业大学本科毕业论文(设计)题 目：晶闸管整流闭环直流调速系统的设计 学 院：机电工程学院专业班级：电气工程及其自动化学 号：04学生：指导教师：指导教师职称：教授/硕导二O一O 年六月二日目录摘要：2ABSTRACT：21. 引言31.1微机控制电机的开展和现状31.2 本课题在实际应用方面的意义和价值32.单闭环直流调速系统原理简介42.1直流电动机的调速方案42.2 直流调压调速主电路构造原理53.晶闸管整流闭环直流调速系统的硬件设计63.1晶闸管整流闭环调速系统总体设计63.2主要芯片的选择6单片机的选择6可编程定时器/计数器芯片73.2.3 8155 RAM/IO/CTC扩展器83
2、.3同步信号产生电路和触发脉冲功放电路83.3.1 同步信号的产生8触发脉冲功放电路93.4 高精度数字测速电路93.4.1 M/T法测速原理9数字测速硬件电路103.5 人机接口的设计113.5.1 转速设定值的输入114. 晶闸管整流闭环直流调速系统的软件设计114.1主程序设计思路过程：124.2中断处理程序思路：134.3测量转速值显示输出程序：134.4 PI控制算法程序设计135.结论14参考文献14摘要：当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和开展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比拟灵活、方法简单、易于
3、大围平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。本文从直流调速系统原理来出发，详细地研究设计了基于晶闸管整流的单闭环直流调速系统。论文重点是对控制局部展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件设计，控制策略和控制算法的设计等。其中硬件设计：主要芯片8031单片机、8155、8253的选择；同步信号产生电路和触发脉冲功放电路；高精度数字测速电路；人机接口的设计等。软件设计核心容是充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，使很多原来由硬件完成的工作现在用程序来实现对转速的闭环控制就采用PI控制算法来实现。该调速系统可实时设定转速值，输出显示测定转速，可获得快速、准确的调速效果。关键
4、词：晶闸管整流，单片机，数字触发，数字测速，闭环系统Abstract：Today,autocontrolsystems have been widely used and developed in everyWalk of life,while DCspeed regulation as the artery in the area ofelectric drive systems acts the main effect in modernizationproduction.For a long time,DC motor has possessed the main rolein the
5、area of electric drive field because of itsneatly adjust,easymethod and smooth timing in wide rage,also,its control performance isvery good.Beginning with the theory of theDC timing system, a closed-loop DC timingsystem is carefully designed which is based on the thyristor rectifier.The emphasis of
6、this research is put on the part of control system,which includesthe discussion of hardware and software,control policy andalgorithm,etc. The designed of hardware: the choose of main chips such as 8031 single chip/8155 /8253;Designe the circuit that produce the same pace signals and multiply the tou
7、ch off signals; Highly accuratenumber velocity testing; Design the human-machine interface and so on;As to the design of software, it fully utilizes the advantage ofmicroputer that are abundant interface and fast speed ,and realize some tasks by puter program that must be done by hardware before-the
8、 closed-loopvelocity control is based on the algorithm;By real time alteringand screening the motorsvelocity,this timing system can get quick and e*act timingresult.Keywords: Thyristor Rectifier ,Single Chip Microputer, Number Touch Off,Number Velocity Testing，Closed-Loop System1.引言1.1微机控制电机的开展和现状微机
9、，出现于20世纪70年代，随着大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速开展，微机的性能越来越高，价格越来越廉价。此外，电力电子的开展，使得大功率电子器件的性能迅速提高。因此就有可能比拟普遍地应用微机来控制电机，完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合使用要求，还可以制造出各种便于控制的新型电机，使电机出现新的面貌。比拟简单的电机微机控制，只要用微机控制继电器或电子开关元件使电路开通或关断就可以了。在各种机床设备及生产流水线中，现在已普遍采用带微机的可编程控制器，按一定的规律控制各类电机的动作。对于复杂的电机控制,则要用微机控制电机的电压、电流、转矩
10、、转速、转角等等,使电机按给定的指令准确工作。通过微机控制，可使电机的性能有很大的提高。传统的直流电机和交流电机各有优缺点，直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不管是异步电机还是同步电机，构造都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节。目前，广泛应用于数控机床等自动化设备的数控位置伺服系统.为了提高性能,在先进的数控交流伺服系统中,已采用高速数字化处理芯片(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR,简称DSP),其指令执行速度到达每秒数百兆以上,且具有适合于矩阵运算的指令。1.2 本课题在实
11、际应用方面的意义和价值电机调速系统采用微机实现数字化控制,是电气传动开展的主要方向之一.从80年代中后期起，世界各大电气公司都在竞相开发数字式调速传动装置，当前直流调速已开展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅；控制板采用外表安装技术；控制方式采用电源换相、相位控制。特别是采用了微机及其他先进技术，使数字式直流调速装置具有很高的精度、优良的控制性能和强大的抗干扰能力，在国外得到广泛的应用。全数字化直流调速装置作为最新控制水平的传动方式更显示了强大优势。全数字化直流调速系统不断推出，为工程应用提供了优越的条件。采用微机控制后,整个调速系统实现全数字化,构造简单,可靠性高,操作维护方便,电机稳
12、态运行时转速精度可到达较高水平.直流电机具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动,制动和反转;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求.由于微机具有较佳的性能价格比,所以微机在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用.近年来,尽管交流调速系统开展很快,但是直流电机良好的启动、制动性能,在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要广泛围平滑调速的高性能可控电力拖动领域中得到了广泛的应用.现阶段，我国还没有自主的全数字化控制直流调速装置商用，国外先进的控制器价格昂贵，研究及更好的使用国外先进的控制器
13、，具有重要的实际意义和重大的经济价值。2.单闭环直流调速系统原理简介2.1直流电动机的调速方案由电机学根本理论可知，直流电动机转速特性方程式为由上式可见，直流电动机调速方案可有以下三种。1改变电枢回路总电阻R如图21，总电阻R越大，特性线斜率越大，机械特性越软。假设负载转矩为T,对应所需的电枢电流为Ia,则负载大小不变时总电阻越大，转速越低。由于电阻耗能大，机械特性软，调速围窄，不能实现无级平滑调速，只用于一些要求不高的场合。图2-1变电阻调速特性2.减弱电机励磁磁通普通电动机在额定磁通下运行，铁芯已接近饱和，不能再增加磁通而只能减小。如图22，减小，n0增大，特性线斜率也增大。弱磁调速虽然能
14、实现平滑调速，但其调速围太小，特性较软，因而只是在额定转速以上作小围升速时才采用。图2-2弱磁调速特性3.改变电动机端电压调速如图2-3，额定励磁保持不变，理想空载转速n0，随U减小图2-3 改变电枢电压调速特性而减小，各特性线斜率不变，由此可实现额定转速以下大围平滑调速，并且在整个调速围机械特性硬度不变。这种方法在直流电力拖动系统中被广泛采用。2.2 直流调压调速主电路构造原理采用单相晶闸管整流器的直流电动机驱动主电路如图2-4所示:图2-4单相半控桥整流调速系统主电路图直流电机为他励直流电动机，其励磁绕组由单独的直流励磁电源提供，该励磁电源由交流22OV经过不控整流装置提供。为充分利用电源
15、电压的整个周期，固定整流装置采用单相桥式整流电路，即把四个整流二极管接成电桥形式。他励直流电动机的转速特性为:其中:n、U、Ia和Ra分别是电动机的转速、电枢电压，气隙磁通、电枢电流和回路电阻(包括电枢电阻)。由此直流电机调速采用调压调速的方法。为实现电路简单经济和电源利用率高，本设计采用为单相桥式半控整流电路，即将单向桥式整流电路中的一对整流二极管换成晶闸管。为实现优良的控制特性，要求电枢电流连续且脉动小，在电路中一般需要有一定的电感量，因此在电路中需配置平波电抗器和电机电感一起实现平波作用。为了使单相桥式半控整流电路能正常工作，在负载两端需要并联一个续流二极管。电路工作的根本原理控制器通过
16、检测交流输入电压的过零点而产生同步信号，并以同步信号作为时间基准产生控制晶闸管的移相触发信号，触发晶闸管导通。移相控制的晶闸管整流器的输出电压:不同的移相角将得到不同的输出电压，而该电压作为电动机的电枢电压，电动机的转速将会随其改变而变化。3.晶闸管整流闭环直流调速系统的硬件设计3.1晶闸管整流闭环调速系统总体设计在工业企业中，应用电动机作为原动机去拖动各种生产机械。最常采用的调速方法是改变直流电动机的电枢电压或交流电动机的定子电压。现在电力拖动系统中已大量采用可控硅晶闸管元件作为可调电源向电动机供电，从而取代笨重的电动机发电机组以及饱和电抗器的控制方式，获得了投资少，占地小，无噪音，运行费用低和效率高等效果。这种可控
