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1、 毕业设计 用单片机控制的电机交流调速系统毕业设计毕业设计任务书毕业设计题目：单片机控制的电机交流调速系统设计毕业设计目的：本课题是一个单片机应用系统，包括硬件和软件两部分。通过本毕业设计，学生要掌握硬件设计和软件编程，为以后的工作做好准备。 毕业设计任务：1.基于51单片机设计单片机系统硬件，包括整流器，滤波器，逆变器，触发器等；2.使用PROTEL软件画系统硬件电路；3.自行设计程序并作注释。毕业设计主要技术数据：1.单片机使用89c51，交流电机额定功率4KW,额定转速1200r/min；毕业设计工作量要求：论文正文应有各个电路模块说明，硬件电路图，源程序，结论或改进，字数不少于5000
2、字（不包含图所占）毕业设计进度计划：第1周：下达毕业设计任务，认真分析选题要完成的任务及技术指标，然后向指导教师汇报自己的理解，指导教师指出学生的问题，对于合理建议应给与肯定，并修改功能和技术指标；第2周：查阅、收集资料，根据修改后的功能和技术指标，选择确定总体方案，及时和指导教师交流，征求指导教师意见;第3周：根据方案设计硬件系统。完成硬件电路设计，画出硬件电路图，征求指导教师意见；第4周：完成软件部分整体框架设计；第5周：画出软件流程图，完成关键部分软件设计；完成全部软件设计，征求指导教师建议；第6周：整理资料，撰写完整规范的毕业设计报告（论文）并交指导教师审阅；准备答辩提纲，进行毕业答辩
3、。毕业设计应完成的技术资料：论文、图纸、源代码参考文献：1、 楼然苗，李光飞编著.51系列单片机设计实例 北京航天航空大学出版社2、 王晓明.电气传动的微机控制 北京航天航空大学出版社3、 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉编著.8051单片机实践与应用 清华大学出版社4、 姚为正编著.电力电子技术第二版 高等教育出版社5、 杨宁 黄元峰编著.微机控制技术第二版 高等教育出版社教研室主任意见：系主管领导意见： 任务下达日期2010年9月25日规定完成日期2010年12月3日摘 要 - 1 -第1章 引 言- 2 -1.1单片机的产生和发展- 2 -1.2交流调速系统的现状- 2 -第2章 硬 件 设 计-
4、 4 -2.1系统总体方案设计- 4 -2.2主回路设计- 5 -2.2.1整流滤波电路的设计- 5 -2.2.2整流电路意义总结- 5 -2.3整流电路分类- 6 -2.3.1按组成器件可分为不可控电路、半控电路、全控电路三种- 6 -2.3.2按电网交流输入相数分为单相电路、三相电路- 7 -2.4滤波电路- 7 -2.4.1 RC平滑滤波电路的结构- 7 -2.4.2 RC平滑滤波电路的工作原理- 7 -2.5三相逆变电路的设计- 8 -2.5.1 SPWM 逆变器原理- 9 -第3章 触发器的选择- 11 -3.1.1命令寄存部分- 13 -3.1.2读取及产生调制波形部分- 14 -
5、3.1.3三相输出控制电路- 14 -第4章 单片机- 15 -4.1 AT89C51单片机简介- 15 -4.2 显示器8279- 17 -4.3 三相变频变压电源电路结构图.-18-第5章 参数计算- 20 -5.1 整流电路设计-20-5.2 逆变电路的设计- 20-第6章 软件设计- 21 -6.1流程图- 21 -6.2 程序.-23-结束语- 32 -参考文献- 32 -致谢- 32 - 毕业设计 用单片机控制的电机交流调速系统用单片机控制的电机交流调速系统设计摘要单片机控制的交流变频调速系统设计思想是用开环恒压频比控制。通过改变程序来达到控制转速的目的，因此本设计的调速分为硬件和
6、软件两个部分。由于设计中电机功率是4KW，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波，逆变器采用三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路，51系列单片机，SA8282触发器及测速发电机等组成。关键词 AT89C51单片机,触发器，整流器，三相异步电动机第1章 引 言1.1单片机的产生和发展 我国开始使用单片机是在1982年，短短五年时间里发展极为迅速。1986年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，有的地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮，截止今日单片机应用技术仍飞速发展。我们首先从它的构成说起：单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取
7、存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入输出端口(I/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。微计算机（单片机）在这种情况下诞生了。单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。我们只需要在单片机外围
8、接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。1.2交流调速系统的现状 近20年来随着电力电子技术，计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流电机变频调速已得到了越来越广泛的应用，并已开始逐步替代直流调速，因其许多优点而被公认为最有发展前途的调速方式。同时，变频调速的控制技术也在不断进步和完善。在变频调速系统出现的初期，其控制技术是采用电压频率协调控制（即V/F比为常数）。
9、此种控制技术有开环和闭环两种形式。采用开环时用于一般生产机械，但静态和动态性能都不太理想，采用闭环则可改善系统性能。后来，一些研究人员提出了转差频率控制方法。采用这种控制技术使得变频调速系统在一定的程度上改善了静态和动态性能，使之接近于直流双闭环调速系统，但是，还是不能满足高性能调速系统的要求。 改善调速系统动态性能的关键在于如何实现转矩控制。70年代初德国的F.BLASCHKE提出的矢量控制理论解决了交流电机矢转矩控制问题。这种理论的核心是将一台交流电机等效为直流电机来控制，因而获得了与直流调速系统同样优良的动态性能。经过各国科技工作者努力，矢量变换控制的变频调速方法已广泛地应用于电气传动系
10、统中。80年代的中期，德国的DEPENBROCK又提出了直接转矩控制的理论，其思路是把交流电机与逆变器看作一个整体对待。采用空间电压矢量分析方法进行计算，直接控制转矩，免去了矢量变换的复杂计算。控制系统结构简单，便于实现全数字化，已有实际产品用于实际中。 近10多年来，各国学者和研究部门致力于无速度传感器控制系统的研究， 利用检测定子电压、电流等容易测量的物理量进行速度估算，以取代速度传感器，提高控制系统的可靠性，降低成本，目前已研究出无速度传感器矢量控制系统的实用产品。近几年来，人工智能技术如专家系统、模糊逻辑和人工神经网络等，正在显示出其实现变频调速的智能化自适应控制的巨大希望所在，有研究
11、结果表明，智能控制技术有效利用，可使变频调速系统做到高效、自适应、自诊断、自保护、动态性能优良。第2章 硬 件 设 计2.1系统总体方案设计图1 系统总体框图 为了使系统具有较好的动静态性能，满足设计要求，可将整个系统设计为转速开环控制系统，采用转差频率调节方式，对转速进行动态调节。由于电动机功率不大，整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路：整流电路，滤波电路，三相逆变电路；AT 89C51单片机， 8279通用键盘/显示器，I/O接口芯片等组成。2.2主回路设计2.2.1整流滤波电路的设计 图2 整流滤波电路2.2.2整流电路意义总结1、
12、电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种。 2、这三种整流电路输出的单向脉动性直流电特性有所不同，半波整流电路输出的电压只有半周，所以这种单向脉动性直流电主要成分仍然是50Hz的，因为输入交流市电的频率是50Hz，半波整流电路去掉了交流电的半周，没有改变单向脉动性直流电中交流成分的频率；全波和桥式整流电路相同，用到了输入交流电压的正、负半周，使频率扩大在倍为100Hz，所以这种单向脉动性直流电的交流成分主要成分是100Hz的，这是因为整流电路将输入交流电压的一个半周转换了极性，使输出的直流脉动性电压的频率比输入交流电压提高了一倍，这一频率的提高有利于滤波电路的滤波。
13、3、在半波整流电路中，当整流二极管截止时，交流电压峰值全部加到二极管两端。对于全波整流电路而言也是这样，当一只二极管导通时，另一只二极管截止，承受全部交流峰值电压。所以对这两种整流电路，要求电路的整流二极管其承受反向峰值电压的能力较高；对于桥式整流电路而言，两只二极管导通，另两只二极管截止，它们串联起来承受反向峰值电压，在每只二极管两端只有反向峰值电压的一半，所以对这一电路中整流二极管承受反向峰值电压的能力要求较低。 4、在全波和桥式整流电路中，都将输入交流电压的负半周转到正半周或将正半周转到负半周，这一点与半波整流电路不同，在半波整流电路中，将输入交流电压一个半周切除。 5、在整流电路中，输
14、入交流电压的幅值远大于二极管导通的管压降，所以可将整流二极管的管压降忽略不计。2.3整流电路分类2.3.1按组成器件可分为不可控电路、半控电路、全控电路三种 1）不可控整流电路完全由不可控二极管组成，电路结构一定之后其直流整流电压和交流电源电压值的比是固定不变的。 2）半控整流电路由可控元件和二极管混合组成，在这种电路中，负载电源极性不能改变，但平均值可以调节。3）在全控整流电路中，所有的整流元件都是可控的（SCR、GTR、GTO 等），其输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节，在这种电路中，功率既可以由电源向负载传送，也可以由负载反馈给电源，即所谓的有源逆变。 2.3.2按电网交流输入相数分为单相电路、三相电路1）对于小功率整流器常采用单相供电。 2）三相整流电路是交流测由三相电源供电，负载容量较大,或要求直流电压脉动较小，容易滤波。三相可控整流电路有三相半波可控整流电路，三相半控桥式整流电路，三相全控桥式整流电路。因为三相整流装置三相是平衡的输出的直流电压和电流脉动小，对电网影响小，且控制滞后时间短，采用三相全控桥式整流电路时，输出电压交变分量的最低频率是电网频率的6倍，交流分量与直流分量之比也较小，因此滤波器的电感量比同容量的单相或三相半波电路小得多。另外，晶闸管的额定电压值也较低。因此，这种电
