非接觸式電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設計開題報告

中 北 大 學畢業(yè)設計開題報告學 生 姓 名：王沖學 號：學 院、系：信息與通信工程學院 電氣工程系專 業(yè)：自動化設 計 題 目：非接觸式電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設計指導教師:賈建芳 年 月 日畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告文 獻 綜 述一、 研究背景及意義（1）背景在某些工業(yè)自動控制領(lǐng)域、某些裝備應用上, 經(jīng)常會遇到各種需要測量電機轉(zhuǎn)速的場合. 由于伺服驅(qū)動系統(tǒng)不斷朝著數(shù)字化智能化方向發(fā)展，因此轉(zhuǎn)速的控制成為在工業(yè)測控系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而如何測量電機的轉(zhuǎn)速以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的高精度控制成為電機應用的一個突出問題之一。傳統(tǒng)的電機轉(zhuǎn)速測量方法是采用直流測速機, 其原理是由被測電機拖動測速發(fā)電機, 再對測速發(fā)電機產(chǎn)生的電壓進行測量, 在將電壓換算成轉(zhuǎn)速. 采用測速發(fā)電機測速主要缺點如下: 首先, 測速發(fā)電機作為被測電機的負載, 必然對轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響, 在一定情況下影響測量精度; 其次, 測速發(fā)電機電壓作為模擬量, 無法直接與數(shù)字控制系統(tǒng)連接, 必須經(jīng)過A/ D 轉(zhuǎn)換, 增加系統(tǒng)控制的復雜程度; 最后, 由于制造工藝的限制, 測速發(fā)電機的性能很難有大的提高, 在某些場合測速發(fā)電機甚至影響整個系統(tǒng)的性能.目前常用的轉(zhuǎn)速測量方法有測速發(fā)電機測速法和光電碼盤測速法等。他們各有優(yōu)點和缺點，直流測速發(fā)電機是應用范圍較廣的測速元件，它的主要優(yōu)點是靈敏度、高線性誤差小，但由于它具有電刷和換向接觸裝置，因而可靠性較差，應用范圍有限;普通光電編碼器雖然精度較高，但體積大，成本高1-516。 近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透，在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，單片機的應用正在不斷地走向深入。針對這種情況, 本文設計以單片機為核心的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng),，相對于直流測速機更具有測量精度高、體積小、性價比高等優(yōu)點。單片機技術(shù)在自動控制領(lǐng)域有著十分廣泛的應用，如汽車、航空、電話、傳真、視頻等。很多行業(yè)涉及到自動控制的情況下涉及到單片機技術(shù)。電子產(chǎn)品的人性化和智能化已經(jīng)非常成熟，單片機就是一個微型中央處理器，通過編程即能完成很多智能化的工作 ，因此它的出現(xiàn)給電子技術(shù)智能化和微型化起到了很大的推動作用。隨著人們生活水平的提高，社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們開始注重身體素質(zhì)的提高。臂如在火車、汽車、工廠許多地方都用到電機的驅(qū)動，當然也要精確的知道它的轉(zhuǎn)速，本設計就是測試電機的轉(zhuǎn)速6-8。（2）意義本設計意義在于鞏固和加深在電機與拖動和單片機原理及接口技術(shù)中所學到的基本理論知識和基本技能，本次設計在理論學習的基礎上，通過完成一個涉及單片機的資源應用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標板的設計與編程應用，使理論知識與實際應用結(jié)合起來?；菊莆粘Ｓ秒娮与娐返囊话阍O計方法，提高和培養(yǎng)在電子電路方面的設計和實驗能力，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件等方面的知識進一步加深認識，同時在軟件編程、排版調(diào)試、相關(guān)儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高，學會運用理論來分析和解決實際問題，提高實際工作的能力,為今后能夠獨立進行某些單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)設計工作打下一定的基礎9 10。電機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)是工業(yè)和農(nóng)業(yè)以及日常生活中不可缺少的一個系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速檢測的快速性和精度將直接影響系統(tǒng)的效果和動靜態(tài)性能，如何提高測量精度，如何減輕工作人員的工作負擔，如何采取有效措施減少經(jīng)濟損失，如何保障工農(nóng)業(yè)順利進行等問題迫在眉睫。因此，電機測速系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)就具有了十分重要的意義15！二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外測量電機轉(zhuǎn)速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測速法（離心式轉(zhuǎn)速表）、同步測速法（機械式或閃光式頻閃測速儀）以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。由于光電測量方法靈活多樣，可測參數(shù)眾多，一般情況下又具有非接觸、高精度、高分辨率、高可靠性和反應快等優(yōu)點，加之激光光源、光柵、光學碼盤、CCD器件、光導纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應用，使得光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用。而采用光電編碼器的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)測量準確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度高等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景23-25。 以前人們經(jīng)常習慣于用單片機、PLC來開發(fā)電機轉(zhuǎn)速測速系統(tǒng)。隨著科學技術(shù)的不斷提高，F(xiàn)PGA日益成熟，其強大的功能已被人們深刻認識。使用FPGA來開發(fā)電機轉(zhuǎn)速測速系統(tǒng)具有無法比擬的優(yōu)點。再加上光電編碼器發(fā)展如此迅速，十分具有誘惑力?，F(xiàn)在國內(nèi)外大多采用光電編碼器作為載體，以FPGA為核心進行設計開發(fā)。針對目前出現(xiàn)的測速系統(tǒng)進行改善和提高17-20。三、 本課題相關(guān)理論綜述2（1） 直流有刷電機有刷電機是內(nèi)含電刷裝置的將電能轉(zhuǎn)換成機械能（電動機）或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成電能（發(fā)電機）的旋轉(zhuǎn)電機。有刷電機是所有電機的基礎，它具有啟動快、制動及時、可在大范圍內(nèi)平滑地調(diào)速、控制電路相對簡單等特點。（2） 電子式轉(zhuǎn)速表電子式轉(zhuǎn)速表是一個比較籠統(tǒng)的概念：以現(xiàn)代電子技術(shù)為基礎，設計制造的轉(zhuǎn)速測量工具。它一般有傳感器和顯示器，有的還有信號輸出和控制。（3） 轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速傳感器從原理（或器件）上來分，有磁電感應式、光電效應式、霍爾效應式、磁阻效應式、介質(zhì)電磁感應式等。另外還有間接測量轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器：如加速度傳感器（通過積分運算，間接導出轉(zhuǎn)速），位移傳感器通過微分運算，間接導出轉(zhuǎn)速），等等。測速發(fā)電機和某些磁電傳感器在線性區(qū)域，可以直接通過交流有效值轉(zhuǎn)換，來測量轉(zhuǎn)速 ；大多數(shù)都輸出脈沖信號（近似正弦波或矩形波）。針對脈沖信號測轉(zhuǎn)速的方法有：頻率積分法（也就是F/V轉(zhuǎn)換法，其直接結(jié)果是電壓或電流），和頻率運算法（其直接結(jié)果是數(shù)字）四、作者的總體設計思路1、分析電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的工作原理及基本組成；2、分析非接觸式轉(zhuǎn)速測量的方法，并進行轉(zhuǎn)速測量傳感器的選型；3、進行電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的硬件選型與電路原理設計；4、進行電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的軟件流程設計。參考文獻1 鄧建, 林樺. 基于DSP的絕對式光電編碼器的電機轉(zhuǎn)速測量.電機與控制應用, 2001,37(1): 50522 陳湘令. 直流調(diào)速系統(tǒng)中數(shù)字測速的實現(xiàn). 現(xiàn)代電子技術(shù), 2007，04：61623 趙樹磊,謝吉華,劉永鋒. 基于霍爾傳感器的電機測速裝置.電氣傳動自動化, 2008，No.(10):53564 高德亮,范振華. 扭矩傳感器原理及應用.組合機床與自動化加工技術(shù), 2008,21(5):67685 吳衛(wèi)華. 磁電式傳感器設計性實驗研究. 電氣傳動, 2010,32(9):50536 謝志萍. 傳感器與檢測技術(shù). 華僑大學學報, 2009,30(4):44467 付立悅, 尚曉龍. 基于霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設計.計算機測量與控制, 2010,34(8):56608 左小五,王靜. 基于霍爾傳感器電機轉(zhuǎn)速的單片機測量.機電工程, 2010, 15(4):44469 A. 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