大功率電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的硬件設(shè)計(jì)-開題報(bào)告

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目大功率電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的硬件設(shè)計(jì)專 業(yè) 名 稱測控技術(shù)與儀器班 級(jí) 學(xué) 號(hào)學(xué) 生 姓 名指 導(dǎo) 教 師填 表 日 期20xx年 4月 9日1 選題的依據(jù)與意義在現(xiàn)代工業(yè)中，電動(dòng)機(jī)作為電能轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油化學(xué)、國防等工業(yè)部門中，隨著對(duì)生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，越來越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。長期以來，自動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇。以前電動(dòng)機(jī)大多使用由模擬電路組成的控制柜進(jìn)行控制，現(xiàn)在單片機(jī)已經(jīng)開始取代模擬電路作為電機(jī)控制器。當(dāng)前電機(jī)控制器的發(fā)展方向越來越趨于多樣化和復(fù)雜化，現(xiàn)有的專用集成電路未必能滿足苛刻的新產(chǎn)品開發(fā)要求，為此可考慮開發(fā)電機(jī)的新型單片機(jī)控制器，因此研究直流電機(jī)的速度控制，有著非常重要的意義。2 國內(nèi)外研究概況與發(fā)展趨勢直流電機(jī)問世已有一百四十多年的歷史。設(shè)計(jì)和制造技術(shù)上的很大進(jìn)步, 新材料、新技術(shù)的應(yīng)用以及整流電源的普及, 促進(jìn)了一般工業(yè)用直流電機(jī)使用范圍的不斷擴(kuò)大, 品種的日益繁多。從小至數(shù)瓦, 大到萬余千瓦, 廣泛地用于冶金、礦ft、煤炭、起重運(yùn)輸、機(jī)床制造、紡織印染等各個(gè)部門中, 特別是近幾年電子計(jì)算技術(shù)廣泛應(yīng)用在直流電機(jī)設(shè)計(jì)制造中。從直流電動(dòng)機(jī)的演變歷史, 也可以縱觀直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史和動(dòng)向、從四十年代后期到五十年代的前期, 直流電動(dòng)機(jī)的電源主要是采用 M-G 電動(dòng)發(fā)電機(jī)組,六十年代初, 電動(dòng)發(fā)電機(jī)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。直流電源供電方式的不斷更新?lián)Q代,進(jìn)一步促進(jìn)了直流電動(dòng)機(jī)的單機(jī)功率、轉(zhuǎn)速不斷提高, 朝著高速、大功率方向發(fā)展。另外, 由于絕緣技術(shù)和分析技術(shù)的進(jìn)步, 直流電動(dòng)機(jī)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(jìn)步和研究的展開,諸多高質(zhì)量的直流電機(jī)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)了采用永磁同步直流電機(jī)的HVM600 高速加工中心,最大進(jìn)給速度達(dá) 76.2m/min。而在 1997 年,漢諾威 12.EMO 展覽會(huì)上有 20 多家公司展出了直流電機(jī)傳動(dòng)裝置,如德國 Trumpf 公司的激光機(jī)床,法國 Renault automation 公司的加工中心等,展出的直流電機(jī)最大速度達(dá)150200 m/min。這些被稱為最有前途的展品表明,在高速度機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)中愈來愈多的采用直流電機(jī)。新型磁性材料和控制技術(shù)、冷卻方法的出現(xiàn),為應(yīng)用經(jīng)濟(jì)高速高動(dòng)力直流電機(jī)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(duì)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(gè)方面，而在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于后兩個(gè)要求已能很好地實(shí)現(xiàn)，但工程應(yīng)用中穩(wěn)速指標(biāo)卻往往不能達(dá)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(yùn)行，在各種干擾不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。3 研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案3.1 研究內(nèi)容本文主要研究了利用 80C552 單片機(jī)，通過 PWM 方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法。PWM 控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM 控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。 本文就是利用這種控制方式來改變電壓的占空比實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的控制。文章中采用了專門的芯片組成了 PWM 信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過放大來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。利用直流測速發(fā)電機(jī)測得電機(jī)速度，經(jīng)過濾波電路得到直流電壓信號(hào)，把電壓信號(hào)輸入給 A/D 轉(zhuǎn)換芯片最后反饋給單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行 PI 運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。3.2 實(shí)施方案設(shè)計(jì)直流電機(jī)調(diào)速控制器，實(shí)現(xiàn) PWM 占空比和直流電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示功能。主要完成以下工作：l 掌握直流電機(jī)調(diào)速控制器電路工作原理和控制方法。l 了解 80C552 系列微功耗單片機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，學(xué)習(xí)、掌握 80C552 單片機(jī)的使用方法和編程方法以及 PWM 信號(hào)產(chǎn)生方法。l 設(shè)計(jì)和焊接系統(tǒng)電路，設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序流程框圖、編制監(jiān)控程序。l 調(diào)試、驗(yàn)證電路與軟件程序。l 編寫設(shè)計(jì)說明書。完成電路設(shè)計(jì)、焊接和調(diào)試及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。完成單片機(jī)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)和調(diào)試。能夠通過按鍵設(shè)定直流電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速.4 目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度4.1 研究目標(biāo)l 克服半固態(tài)鎂合金連續(xù)鑄軋機(jī)直流調(diào)速中諧波大、功率因數(shù)低的問題，改善伺服系統(tǒng)的低速運(yùn)行特性，使鑄軋輥實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，穩(wěn)態(tài)精度可達(dá)甚至小于0.3%。l 電碼盤測速與給定速度的差值用 P 算法調(diào)節(jié)，對(duì) 80C552 的 PWM 輸出高頻脈沖信號(hào)的寬度進(jìn)行控制，高頻信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)控制逆變器基極的占空比，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。4.2 主要特色l 調(diào)速系統(tǒng)需用的功率元件少、線路簡單、控制方便、開關(guān)頻率高、低速性能好、穩(wěn)速精度高及調(diào)速范圍寬、控制方式多樣化；l 調(diào)速平滑，調(diào)速范圍廣，過載能力強(qiáng)，抗沖擊負(fù)載能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無極快速起動(dòng)、制功、加/減速和正/反轉(zhuǎn)；調(diào)速穩(wěn)定性好、精度高，穩(wěn)態(tài)精度可達(dá)甚至小于 0.3%。4.3 工作進(jìn)度l 資料收集，英文翻譯，開題報(bào)告撰寫3 月 9 日-4 月 5 日l 熟悉測速系統(tǒng)各功能模塊電路與仿真系統(tǒng)4 月 6 日-4 月 12 日l 測速方法的硬件設(shè)計(jì)與改進(jìn)4 月 13 日-4 月 19 日l 測速方法的調(diào)試仿真4 月 20 日-5 月 17 日l 對(duì)比分析5 月 18 日-5 月 24 日l 論文撰寫與答辯5 月 25 日-6 月 26 日參考文獻(xiàn)1 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.2 徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設(shè)計(jì)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1999.3 陳兵芽.基于光電碼盤的高精度電機(jī)轉(zhuǎn)速測量J.制造業(yè)自動(dòng)化，2005, 27(6):47-50.4謝勤嵐.基于 80C196KC 的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量J.交通科技，2003，(2)：91-93. 5Kuo B.C. Automatic Control Systems. 8th ed. New Jersey: Prentice-Hall, Inc. 2002.6 江志紅 51 單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)案列精選 M. 北京：清華大學(xué)出版社，2008.127 王選民 智能儀器原理及設(shè)計(jì) M. 北京:清華大學(xué)出版社，2008.78 文東 孫鵬飛 C 語言程序設(shè)計(jì) M. 北京：中國人民大學(xué)出版社，2009.