电气班吴亮大学设计.docVIP

毕 业 设 计 论 文 THESIS OF BACHELOR （2010年 — 2011年） 题 目 直流大电机控制器毕业设计 学 科 部： 电力工程系 专 业： 电气自动化技术 班 级： 08电气（2）班 学 号： 59 学生姓名： 吴亮 指导教师： 劳丽老师 起讫日期： 2010年——2011年 摘 要 直流电动机广泛应用于各种场合,为使机械设备以合理速度进行工作则需要对直流电机进行调速。该实验中搭建了基于MCS-96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，并对PI控制原理及其参数的确定进行更深的理解。实验结果显示，控制8位PWM信号输出可平滑改变电动机电枢电压，实现电动机升速、降速及反转等功能。实验中使用霍尔元件进行电动机转速的检测、反馈。期望转速则可通过功能按键给定。当选择比例参数为0.08、积分参数为0.01时，电机转速可以在3秒左右达到稳定。由实验结果知，该单闭环调速系统可对直流电机进行调速，达到预期效果。 然而电子技术的高速发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别 是单片机技术的应用,使直流电机调速技术进入一个新的阶段。传统的晶闸管直 流调速系统,其控制回路都是采用模拟电子线路构成的,晶闸管触发器多数还是 采用分立元件组成的,这使得控制回路的硬件设备极其复杂,安装调试困难,相对 故障率较高。而采用单片机控制的调速系统,其控制方案是依靠软件实现的,控制 器由可编程功能模块组成,配置和参数调整简单方便,工作稳定。 本文使用价格低廉、应用广泛的mcs-96 系列单片机作为控制芯 片,PWM调幅控制为基础,完成对直流电机转速的调节,达到了较好的控制性能,而 且成本低廉。 关键词：直流电动机、mcs-96、PWM、调速系统 第一章：绪论 1.1 开发背景 1.1.1、直流调速系统发展概况 在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。 在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：直流调速系统和交流调速系统。交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较为困难。相比之下，直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统至今仍是自动调速系统的主要形式。 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必威体育精装版发展成就。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。 1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。进入70年代以来，体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化，把电机控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器为核心的数字控制（简称微机数字控制）成为现代电气传动系统控制器的主要形式。PWM常取代数模转换器（DAC）用于功率输出控制，其中，直流电机的速度控制是最常见的应用。通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大。在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。 目前，电机调速控制模块主要有以下三种： （1）、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； （2）、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； （3）、采