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1、xxx毕业设计（论文）说明书全数字直流双闭环调速系统的设计摘要近年来，自动化控制系统在各行业中得到了广泛的应用和发展，而直流调速系统作为电力拖动系统的主要方式之一，在现代化生产中起着十分重要的作用。随着微电子技术的不断发展，计算机在调速系统中的应用使控制系统得到简化，体积减小，可靠性提高，而且各种经典和智能算法也都分别在调速系统中得到了灵活的应用，以此来达到最优控制效果。以单片机为控制核心的数字直流调速系统有着许多优点：由于速度给定和测速采用了数字化，能够在很宽的范围内高精度测速，所以扩大了调速的范围，提高了测速控制系统的精度；由于硬件的高度集成化，所以使得零部件数量大大减少；由于很多功能都是
2、由软件实现的，使硬件得以简化，因此故障率小；单片机以数字信号工作，控制方法灵活便捷，抗干扰能力较强。本论文在直流调速系统理论研究的基础上，以80C196KC单片机为控制核心，对双闭环直流调速系统中的转速调节器采了用PID控制算法、电流调节器采用了PI算法，设计了一套全数字直流电机双闭环调速系统。并且介绍了直流电机调速系统的功能和特性，分析了双闭环PID控制的调速系统的数学模型，确定了电流环和转速环的比例和积分系数。此外，本次设计采用了数字式速度给定和数字式测速方法，大大提高了速度控制的精度。 关键词：直流电动机；调速；PID 控制；双闭环xxx毕业设计（论文）说明书Design of Digi
3、tal Double Closed-loop DC Speed Regulation SystemAbstractIn recent years，autocontrol system has been widely used and developed in every walk of life.The DC speed regulation,as the artery in the area of electic drive system acts the main effect in mordernization.With the development of the microelect
4、ritcity,the use of the computer in speed regulation system simplies the system,reduces the volume,increases the reliability.The Optimum Control is achieved by the use of both classical methods and intelligent methods. The digital speed control system for DC motor,which use Chip Microcontroller(SCM)
5、as its processor has many merits.The speed giving and speed measuring adopt digital method,the system can measure the speed accuracy within a wide range,which expans the speed control scope and enhances its precession;the hardware is highly integrated,the number of the parts is sharply minimized;as
6、most functions are carried out by software,the rate of malfunction is low.Moreover,as SCM works with digital signal,its control is flexible and its ability to anti-interference is very high.The paper is based on the theory of DC speed regulation.In this paper， a 80C196KC SCM is used as the processor
7、 for the speed control system of DC motor. The kind of speed controller is PID and that of current controller is PI. It is also discussed in this paper how to analyze the math model of double- close- loop speed control system by analyzing the functions and characteristics of the speed controlling sy
8、stem for DC motor，and find out the proportion and integral factors of the current and voltage loop. Moreover，the system adopted digital speed measuring method to enhance the accuracy of speed control. Key words：DC motor;Speed regulation; PID control; Double-closed-loopxxx毕业设计（论文）说明书目录1 绪论11.1 引言11.2
9、 课题的背景21.3 课题研究的目的和实际意义22 直流调速系统理论研究和方案确定42.1 调速方案的选择42.1.1 电动机型号的选择42.1.2 直流调速系统的控制方法的选择42.1.3 电动机供电方案的选择52.2 调速系统的性能指标52.2.1 调速系统的稳态指标52.2.2 调速系统的动态性能指标72.3 2总体结构设计72.3.1 系统结构选择73 数字直流电机调速系统的数字PID控制103.1 PID调节器的基本原理103.2 PID调节器的数字化设计113.3 位置式PID算法123.4 调速单元PI参数的整定153.4.1 直流电动机的数学模型153.4.2 转速、电流双闭环
10、调速系统的分析173.4.3 比例、积分系数初值的确定184 主电路的设计与参数计算194.1 变压器的设计194.1.1 变压器二次侧电压U2的计算194.1.2 一次、二次侧相电流I1、I2的计算204.1.3 变压器容量的计算204.2 晶闸管型号的选择204.2.1 晶闸管的额定电压214.2.2 晶闸管的额定电流214.3 直流调速系统的保护214.3.1 过电压保护和限制214.3.2 过电流保护和限制234.4 主电路及保护电路图235 数字直流调速系统的硬件设计255.1 控制模块255.2 同步信号电路265.3 触发脉冲输出电路295.4 显示模块305.4.1 LCD液晶
11、显示简介305.4.2 LCD接口设计335.5 速度给定电路335.6 监控电路的设计345.6.1 MAX813L芯片及其引脚345.6.2 硬件电路图365.7 通信接口设计365.7.1 RS-232C通信接口标准375.7.2 串口通信电路375.8 脉冲信号反馈模块386 数字直流调速系统的软件设计406.1 采样周期T的选择406.2 主程序的设计406.3 数字测速的软件设计416.4 显示模块的软件设计456.5 触发脉冲的软件设计457 总结与展望487.1 工作总结487.2 研究展望49致谢50参考文献51附录52xxx毕业设计（论文）说明书1 绪论1.1 引言按照拖动
12、的电动机的类型来划分，自动调速系统可以分为直流调速系统和交流调速系统两大类。由于直流电动机的电压、电流和磁通的耦合较弱，使直流电动机具有良好的运行性能和控制特性，能够在大范围内平滑调速，启动、制动性能良好，其在20世纪70年代以来一直在高精度，大调速范围的传动领域内占据主导地位。虽然交流调速技术的飞速发展，交流感应电动机结构简单，坚固耐用，成本低，制造维修容易，在一些场合，交流调速系统得到了广泛的应用。但是在要求高起、制动转矩，快速响应和较宽速度调节范围的电气传动领域中，仍然采用直流电动机作为调速系统的执行电机。由于直流电动机具有良好的机械特性和调速特性，调速平滑，方便，易于在大范围内进行平滑
13、调速，过载能力较大，能够承受频繁的冲击负载，可以实现无级快速制动和反转，能够满足工业生产过程中的特殊运行要求，因此直流调速系统至今仍然被广泛用于自动控制要求较高的生产过程，仍然是调速系统的主要形式。在传统的直流调速系统中，控制回路全部采用模拟电子器件，如晶体管、各种线性运算电路等，虽然一定程度上满足了生产过程的要求，但是因为在使用中易受外界干扰影响，线路复杂、通用性差，而且容易老化，控制系统的效果受到器件性能、温度等不确定因素的影响，致使系统的运行特性也随之变化，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，可靠性较差。随着微电子技术、微处理器的出现和运算速度的提高以及计算机控制技术的发展电机调速系统
14、由原来的以模拟量反馈、模拟调速器为核心的连续调速系统发展到以数字量处理为主，以微处理器为基础的数字调速系统，即从过去的模拟控制向模拟和数字混合控制发展，最后实现全数字化。数字化调速系统是指用微机处理器代替以往的模拟调速器，它具有体积小、实现方便等优点，不仅是一般的PID控制，就是复杂的矢量控制、非线性鲁棒控制、模糊控制等方法都可以通过编程实现，这给设计和构造调速系统带来了许多便利。数字化调速系统通过数字控制器和数字触发器实现对系统调速控制，从而达到预期的控制精度和要求。调速系统的控制方案是依靠软件程序来实现，软件的模块化结构可以实时增加、更改、删减应用程序，当时及系统变化时也可以彻底更新，软件
15、控制的这种灵活性大大增强了控制器对被控对象的适应能力，使各种新的控制策略和控制方法得到实现。1.2 课题的背景 我国从上世纪60年代研制出第一只晶闸管以来，晶闸管直流调速系统得到了快速的发展和广泛的应用。晶闸管整流装置逐渐取代了水银整流装置，使直流电力拖动完成了一次巨大的飞跃。同时，控制电路已经实现高度集成化、小型化，可靠性及低成本，以上技术的应用，使得直流调速系统的性能指标大幅度提升，应用范围不断地扩大，直流调速系统得到较大的发展。随着微型计算机技术、电力电子技术、自动控制理论的发展，电力电子器件、超大规模集成电路和传感器的出现，电力拖动控制系统不断向前发展。微机的应用使电力拖动系统变得数字化、智能化，极大地推动了电力拖动的进步。世界上许多国家都开发出了数字式调速装置，当前直流调速技术已经发展到一个很高的水平：功率元件采用可控硅，控制方式采用换相、相位控制等。特别是采用微处理器和其他先进技术，数字式直流调速系统具有越来越具有优良的控制性能，较高的精度和较强的抗干扰能力，在国内外得到了广泛的应用。直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。在轧钢机、冶金、金属切削机床和造纸机、高层电梯等需要高性能的可控电力拖动领域中得到
