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1、本科毕业设计 摘 要本科毕业设计（论文）电机直流调速硬件设计 学生姓名： 学生学号： 院 （系）： 年级专业： 指导教师： 助理指导教师： 摘 要直流调速系统目前已被广泛地应用于自动控制要求较高的各种生产部门，理想的直流电机调速系统响应速度快，超调量小，系统稳定性好，并具有很强的抗干扰能力。该实验中搭建了基于AT89S52单片机的转速单闭环调速系统，利用PWM信号改变电动机电枢电压，并由软件完成转速单闭环PI控制，旨在实现直流电动机的平滑调速，电动机升速、降速及反转等功能并对PI控制原理及其参数的确定进行更深的理解。关键字：直流电机， AT89S52，PWM，调速，数字式33本科毕业设计 AB
2、STRACTABSTRACTThe dc motor is a widely used machine in various occasions The speed regulating system is used to satisfy the requirement that the speed of dc motor be controlled over a range in some applications. In this experiment the digital Close-loop control system is based on At89s52.It used PI
3、regulator and PWM to regulate the speed of dc motor. The method of speed regulating of dc motor is discussed in this paper and, make a deep understanding about PI regulator. According to experiment the armature voltage can be controlled linearity with regulating the 8 bit PWM So the dc motor can acc
4、elerate or decelerate or reverse In experiment, hall component is used as a detector and feed back the speed .The expecting speed can be given by key-press With using the PI regulator the dc motor will have a stable speed in ten seconds when choose P value as 0.8 and I value as 0.01. At last the exp
5、eriment shows that the speed regulating system can work as expected.Key words: dc motor, At89s52, PWM, speed regulating digital本科毕业设计 目 录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1直流调速系统发展概况11.2 国内外发展概况21.2.1 国内发展概况21.2.2 国外发展概况21.2.3 总结31.3 本课题研究目的及意义31.4 论文主要研究内容32 电动机直流调速工作原理52.1 电机调速方法及原理52.1.1 改变电枢回路电阻52.1.2 改变励
6、磁磁通52.1.3 改变电枢供电电压U62.2直流电机PWM(脉宽调制)调速工作原理72.3 转速负反馈单闭环直流调速系统原理92.3.1 单闭环直流调速系统的组成102.3.2 转速负反馈单闭环直流调速系统的稳态特性112.3.3 转速负反馈单闭环系统的基本特征142.3.4转速负反馈单闭环系统的缺点152.4 采用积分和比例积分调节器的单闭环无静差调速系统162.5 数字式转速负反馈单闭环系统原理172.5.1原理框图172.5.2 数字式PI调节器设计原理183电动机直流调速器硬件设计193.1系统硬件组成部分和框图193.2 系统硬件设计193.2.1 AT89S52单片机193.2.
7、2直流电机控制电路233.2.4 单片机按键和接线电路253.2.5 电源电路253.2.6转速检测反馈电路263.3 硬件设计总结274 运行结果及讨论284.1 实验条件及运行结果284.1.1 开环系统运行结果284.1.2 单闭环系统运行结果284.2 结果分析及讨论284.3 实验中遇到的问题及讨论28结论30参考文献31附图1电动机直流调速器硬件设计电路图32附图2 直流电动机调速器硬件实物图34致 谢36本科毕业设计 1 绪 论1 绪 论1.1直流调速系统发展概况在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长使得越来越多的生产机
8、械要求能实现自动调速。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，易于在大范围内平滑调速，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁地无级快速起制动和反转，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，至今在金属切屑机床，造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的应用，到目前为止仍是调速系统的主要形式。最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行，设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低，机械特性软，不能在较宽的范围内平滑调速，所以目前极少采用。30年代末，出现了发电机-
9、电动机配合采用磁放大器，电机扩大机，闸流管等控制器件，可获得优良的调速性能。如有较宽的调速范围，较小的转速变化率和调速平滑等，特别是当电动机轴的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性；另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机-电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助设备，因而体积大，费用高，效率低，安装需有地基，运行有噪声，维修困难等。 直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐
10、让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。目前，电机调速控制模块主要有以下三种：采用电阻网络或数字电位器调整直流电机的分压，从而达到调速的目的；采用继电器对直流电机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整；采用由IGBT管组成的H型PWM电路。用单片机控制IGBT管使
11、之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。1.2 国内外发展概况单片机的功能不断加强，运算速度不断提高，价格降低且可靠性增强，数字控制技术的迅猛发展，给电力拖动自动控制系统增添了新的技术手段，数字控制可由通用的单片微型计算机来实现，单片微型计算机除完成数字运算外，还可以实现像其他各种特殊的控制规律，可以存储和计算不同条件下的速度设定值及变化规律，可兼对各种工艺参数进行检测、显示、越限报警打印报表等，通过分时采样还可以用一台计算机控制多台调速装置，这些技术特点为直流调速控制器由模拟向数字化发展提供了契机，且全数字化控制系统的控制规律主要由软件实现，只需配备少量的接口电路就能形成一个完整的
12、控制系统，其硬件结构简单，可以通过容易更改的软件来实现不同的控制规律。数字化系统除了能实现系统的控制外，还能实现系统的保护诊断和自检功能，结构简单、可靠性高。操作维护方便，使得电动机稳态运行时精度可达较高水平，静动态各项指标性能均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。此外，数字化是控制系统向集成化，小型化，智能化方向发展，因此电动机调速控制装置采用以单片机为核心的数字控制系统，是电气传动发展的主要方向之一。1.2.1 国内发展概况我国从六十年代初试制成功第一只硅晶闸管以来，晶闸管直流调速系统开始得到迅速的发展和广泛的应用。用于中、小功率的 0.4200KW晶闸管直流调速装置已作为标准化、
13、系列化通用产品批量生产。用于大功率的2000KW系列产品也开始在某些大型轧机上试用。晶闸管供电的直流调速系统在我国国民经济各部门得到广泛的应用。目前，全国各大专院校、科研单位和厂家都在进行数字式直流调速系统的开发，提出了许多关于直流调速系统的控制算法：直流电动机及直流调速系统的参数辩识的方法。直流电动机调速系统的内模控制方法。单神经元自适应智能控制的方法。模糊控制方法。上诉的控制方法仅是直流电机调速系统应用和研究的一个侧面，国内外还有许多学者对此进行了不同程度的研究。1.2.2 国外发展概况目前，国外主要的电气公司，如瑞典ABB公司，德国西门子公司、AEG公司，日本三菱公司、东芝公司、美国GE
14、公司等，均已开发出数字式直流调装置，有成熟的系列化、标准化、模板化的应用产品供选用。如西门子公司生产的SIMOREG-K 6RA24 系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于直流电机电枢和励磁供电，完成调速任务。设计电流范围为15A至1200A，并可通过并联SITOR可控硅单元进行扩展。根据不同的应用场合，可选择单象限或四象限运行的装置，装置本身带有参数设定单元，不需要其它任何附加设备便可以完成参数设定。所有控制调节监控及附加功能都由微处理器来实现，可选择给定值和反馈值为数字量或模拟量。1.2.3 总结随着生产技术的发展，对直流电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求，这就要求大量使用直流调速系统。因此人们对直流调速系统的研究将会更深一步。1.3 本课题研究目的及意义 现代社会中，电能是使用最广泛的一种能源。在电能的生产和使用等方面，电机起着重要的作用。直流电机将电能转
