單片機直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計(論文)開 題 報 告題 目 單片機直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(硬件) 學 院 電氣與控制工程學院 專業(yè)及班級 電氣1201班 姓 名 鄧濤 學 號 1206060110 指 導(dǎo) 教 師 黃向東 日 期 2016年3月11日 西安科技大學畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題 目 單片機直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計選題類型 一、選題依據(jù)(簡述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)需求狀況, 說明選題目的、意義，列出主要參考文獻)：（1）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：直流電機問世已有一百四十多年的歷史。在設(shè)計和制造技術(shù)上有很大進步, 新材料、新技術(shù)的應(yīng)用以及整流電源的普及, 促進了一般工業(yè)用直流電機的不斷擴大, 品種的日益繁多。從小至數(shù)瓦,

2、 大到萬余千瓦, 廣泛地用于冶金、礦山、煤炭、起重運輸、機床制造、紡織印染等各個部門中, 特別是近幾年電子計算技術(shù)廣泛應(yīng)用在直流電機設(shè)計制造中。從直流電動機的演變歷史, 也可以縱觀直流電動機的發(fā)展歷史和動向、從四十年代后期到五十年代的前期, 直流電動機的電源主要是采用M-G電動發(fā)電機組,六十年代初, 電動發(fā)電機組電源已被水銀整流器逐漸代替, 到六十年代后期, 由于可控硅整流裝置的出現(xiàn), 并得到迅速發(fā)展, 可控硅整流電源已占統(tǒng)治地位。由于直流電源供電方式的不斷更新?lián)Q代, 特別是在最近的十幾年期問, 進一步促使了直流電動機的單機功率、轉(zhuǎn)速不斷提高, 目前朝著高速、大功率方向發(fā)展。另外, 由于絕緣技

3、術(shù)和分析技術(shù)的進步, 直流電動機已迅速向小型輕量, 低慣量方面發(fā)展。 隨著各種技術(shù)的進步和研究的展開,諸多高質(zhì)量的直線電機產(chǎn)品和科研成果紛紛出現(xiàn)。1985年,美國Ingersol銑床公司生產(chǎn)了采用永磁同步直線電機的HVM600高速加工中心,最大進給速度達76.2m/min。而在1997年,漢諾威12.EMO展覽會上有20多家公司展出了直線電機傳動裝置,如德國Trumpf公司的激光機床,法國Renault automation公司的加工中心等,展出的直線電機最大速度達150200 m/min。這些被稱為最有前途的展品表明,在高速度機床的進給機構(gòu)中愈來愈多的采用直線電機。新型磁性材料和控制技術(shù)、冷

4、卻方法的出現(xiàn),為應(yīng)用經(jīng)濟高速高動力直線電機創(chuàng)造了條件。由于變頻技術(shù)的出現(xiàn)，交流調(diào)速一直沖擊直流調(diào)速，但綜觀全局，尤其是我國在此領(lǐng)域的現(xiàn)狀，再加上全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性，直流調(diào)速系統(tǒng)仍將處于十分重要地位。 對于直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有穩(wěn)速、調(diào)速、加速或減速三個方面，而在工業(yè)生產(chǎn)中對于后兩個要求已能很好地實現(xiàn)，但工程應(yīng)用中穩(wěn)速指標卻往往不能達到預(yù)期的效果，穩(wěn)速要求即以一定的精度在所需要的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行，在各種干擾不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動。(2)生產(chǎn)需求狀況：在現(xiàn)代工業(yè)中，電動機作為電能轉(zhuǎn)換的傳動裝置被廣泛應(yīng)用于機械、冶金、石油化學、國防等工業(yè)部門中，隨著對生產(chǎn)

5、工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高和產(chǎn)量的增長，越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)自動調(diào)速。在可調(diào)速傳動系統(tǒng)中，按照傳動電動機的類型來分，可分為兩大類：直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。交流電動機直流具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維修簡便、轉(zhuǎn)動慣量小等優(yōu)點，但主要缺點為調(diào)速較為困難。相比之下，直流電動機雖然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較高、維修麻煩等缺點，但由于具有較大的起動轉(zhuǎn)矩和良好的起、制動性能以及易于在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速，因此直流調(diào)速系統(tǒng)在一些對調(diào)速性能要求較高的系統(tǒng)中有很大的使用價值。(3)選題的目的及意義 目的：直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得

6、到了廣泛的應(yīng)用。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。 意義：隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。（4）主要參考文獻：1 拉希德，陳建業(yè)，楊德剛.電力電子技術(shù)手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，2004.62 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)M.北京：機械工業(yè)

7、出版社，2002.1 3 C8051F040混合信號ISP FLASH.微控制器數(shù)據(jù)手冊.新華龍電子有限公司.2004.12.4 馬忠梅.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計M.北京：北京航天航空大學出版社，2007年 5 倪忠遠.直流調(diào)速系統(tǒng)M.北京：機械工業(yè)出版社，2006.96 陳梅,楊琳琳,許正榮.直流電機的模糊PID控制J.自動化技術(shù)與應(yīng)用,2008.2:14157 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)M.北京：機械工業(yè)出版社，2011年 8楊學昭，王東云.單片機原理、接口技術(shù)及應(yīng)用（含C51）M.西安：西安電子科技大學出版社，2009年 9 陳渝光.電氣自動控制原理與系統(tǒng)M. 北京：機械

8、工業(yè)出版社，2007年10 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 北京：高等教育出版社，2003年 11 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分M. 北京：高等教育出版社，2004年 12 王海英，袁麗英，吳勃.控制系統(tǒng)的MATLAB仿真與設(shè)計M. 北京： 高等教育出版社，2009年13 胡壽松.自動控制原理簡明教程第二版M.北京：科學出版社，2008年14 陳國呈.PWM逆變技術(shù)及應(yīng)用M.北京：中國電力出版社，2007年 15 劉昌華，易逵.8051單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計與實踐M. 北京：國防工業(yè)出版社，2007年二、 主要研究(設(shè)計)內(nèi)容、研究（設(shè)計）思路及工作方法或工作流程（1） 主要設(shè)計內(nèi)容：直流電

9、動機為本課題的研究對象，對其轉(zhuǎn)速進行控制。以單片機C8051F040控制的直流電機脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)，利用C8051F040 芯片進行低成本直流電動機控制系統(tǒng)的設(shè)計，能夠簡化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場合的需要。系統(tǒng)實現(xiàn)對電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制，以及設(shè)計顯示電路，使用戶可以通過顯示屏與控制系統(tǒng)進行交互，實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)等狀態(tài)以及速度的實時顯示。需解決的主要問題：1、直流電機調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。2、基于51內(nèi)核的單片機開發(fā)流程。3、PWM調(diào)速原理及方法。4、LED數(shù)碼管顯示和獨立鍵盤控制技術(shù)。5、直流電機的數(shù)學建模和PID控制策略（2） 主要設(shè)計思路：設(shè)計一

10、個基于單片機直流電機調(diào)速控制硬件電路 ，熟練掌握PWM調(diào)速原理及方法，實現(xiàn)直流電機轉(zhuǎn)速測量與調(diào)速系統(tǒng)，滿足控制任務(wù)要求。本系統(tǒng)采用C8051F040控制輸出數(shù)據(jù),由PWM信號發(fā)生電路產(chǎn)生PWM信號,送到直流電機,直流電機通過測速電路,濾波電路,和A/D轉(zhuǎn)換電路交換數(shù)據(jù)重新送回單片機,進行PID運算,從而實現(xiàn)對電機速度和轉(zhuǎn)向的控制,達到直流電機調(diào)速的目的。（3） 工作流程：如圖所示為整個調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成，其中包括:單片機、電機控制模塊、PWM控制模塊、電機驅(qū)動模塊、轉(zhuǎn)速顯示模塊、按鍵控制模塊、電源模塊。PWM控制模塊單 片 機系統(tǒng)整體框圖：轉(zhuǎn)速顯示模塊驅(qū)動模塊按鍵控制模塊電機參數(shù)采集電機電源模

11、塊3、 研究方法（途徑）: 本課題擬采用的研究手段1、搜集，閱讀并理解與設(shè)計相關(guān)的文獻資料。掌握常用的直流電機的工作原理、控制方法及PWM調(diào)壓調(diào)速的原理。2、單片機和電機驅(qū)動的選型可釆用C8051F040單片機，査閱相關(guān)資料，掌握51系列單片機的相關(guān)知識。査閱直流電機的原理，選用小功率直流電機進行硬件的設(shè)計。3、單片機的硬件和外圍電路的設(shè)計通過查閱大量資料和直流電機原理和單片機結(jié)構(gòu)原理，使用Protues軟件畫出完整的系統(tǒng)圖和電路原理圖。4、協(xié)助軟件設(shè)計人員進行系統(tǒng)調(diào)試，找錯、修改硬件，進行軟硬件測試。四、 畢業(yè)設(shè)計(論文)工作進度安排 3月7日3月15日：畢業(yè)設(shè)計思考開題，查閱資料理解題目； 3月15日3月30日：畢業(yè)設(shè)計開題報告完成； 3月30日4月10日