完整版)畢設(shè)-畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、本課題的研究方向是設(shè)計(jì)和仿真實(shí)現(xiàn)功能為控制基于單片機(jī)的直流 電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的軟啟動(dòng)器。因此，設(shè)計(jì)中全面的描述了直流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)、 直流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)控制機(jī)制和特點(diǎn)， PWM（ Pulse Width Modulation脈沖 脈寬調(diào)制）的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法的原理設(shè)計(jì)。為了易于 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，系統(tǒng)中的控制電路的控制系統(tǒng)采 用 STC89C5單片機(jī)作為核心設(shè)計(jì)的中心部分，另外配合其他的電路模塊如輸 入模塊、顯示模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制、速度的測(cè)量和 顯示。命令輸入模塊選擇使用特殊的中斷控制臺(tái)用于命令輸入；根據(jù)由單 片機(jī)程序控制的光電隔離模塊，不間斷的為光電隔離電路發(fā)送一個(gè)個(gè)的 PWM脈

2、沖波形。在設(shè)計(jì)中，直流電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)通過(guò)采用PWF直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，改變PWM占空比來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的 調(diào)節(jié)。整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)具有大量的集成模塊，大大簡(jiǎn)化了 硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，整個(gè)系統(tǒng)的性能得到了改善。關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī)；軟啟動(dòng)器； PWM調(diào)速ABSTRACTIn this topic is the research, the design and simulation of DC motor Soft starter main realization of motor Soft starter control based mi

3、cro-controller. Therefore, in the design of the principle of DC motor Soft starter, DC motor Soft starter control mode and the characteristics, PWM(Pulse Width Modulation)basic principle and realization method are comprehensively described.For the realization of the system of microcomputer control,

4、in the design, adopted the STC89C51 micro-controller as the core of the control circuit part of the whole control system,with all kinds of display, driver module, realize display and measurement of the rotational speed of the motor; By the command input module and photoelectric isolation module. Ado

5、pt independent type keyboard with interrupts as the command input, single chip computer under the control of the program, constantly send photoelectric isolating circuit PWM waveform.In the design, using PWM control mode to achieve DC motor soft start, by changing the PWM duty cycle to change the ar

6、mature voltage of the motor, and then realize to the speed of the motor. On the design of the whole control system, the -System Programming系統(tǒng)可編程，指電路板上的空 白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經(jīng) 編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。使用一個(gè)簡(jiǎn)單的接口和連接 線將單片機(jī)與上位機(jī)連接起來(lái)，通過(guò)ISP下載程序軟件將編寫好的單片機(jī) 程序下載到要使用的單片機(jī)中。圖3.12即為接口電路在電路圖的連接。3.2.8供電電路供電電路

7、模塊是為整個(gè)電路提供電源的部分，整個(gè)模塊由一個(gè)直流電 源插座和一個(gè)自鎖開(kāi)關(guān)組成。因?yàn)楸菊n題研究的是直流電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)器 的設(shè)計(jì)與仿真，所以選擇使用直流電源供電。直流電源插座是一種直流電 源輸入線相配的插座，由橫向插口、縱向插口、絕緣基座、叉型接觸彈片、 定向鍵槽組成，兩只叉型接觸彈片定位在基座中心部位，成縱橫向排列互 不相連。叉型接觸彈片一端為接線口，外露在基座圓柱體頂面，供連接輸 入電源線用，另一端由基體互連的兩只彈性臂組成，設(shè)置在直流電源插頭插入方向絕緣基座插孔內(nèi)。自鎖開(kāi)關(guān)是一種常見(jiàn)的按鈕開(kāi)關(guān)，第一次按時(shí), 開(kāi)關(guān)接通并保持，即自鎖，在開(kāi)關(guān)按鈕第二次按時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，同時(shí)開(kāi)關(guān) 按鈕彈出來(lái)。3.

8、3直流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器整體電路直流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的整體電路如圖3.14所示復(fù)位電路晶振電路* II I * 1 彳 I ” y I I * IF 按鍵電路顯示電路 F 測(cè)速電路Xi WT.04：-_ _ _ _ _ _ _ _!. LE s :JF SEE.L -rnTX 2 J t fi 1: 3 1- - 2 fi 4 -3 d - TLr:JLT:.r!r:r:i,:FETLhTjH3pii.T3?.供電電路-RLLLliil曰 LELLLFLrrr-EHLhrnrrrrffTrnFrrnFrl:亠1 11 1SSSM31L-4圖3.14直流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器整體電路4軟件程序的設(shè)計(jì)4.1主程

9、序4.1.1設(shè)計(jì)要求主程序的作用主要是完成各功能模塊子程序的調(diào)用以及中斷器的初始化、定時(shí)器的初始化和堆棧的設(shè)置。通過(guò)調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的電壓可以改 變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但是一般我們?cè)O(shè)計(jì)的電源大都是固定的電壓，而且模擬 可調(diào)電源不易于單片機(jī)控制，數(shù)字可調(diào)電源設(shè)計(jì)麻煩。所以這里用脈寬調(diào) 制（PWM ）來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)利用PWM控制子程序模塊時(shí)主要是由單片機(jī)給直流電動(dòng)機(jī)控制芯片輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。單片機(jī)根據(jù)上述算法由反饋信號(hào)計(jì)算得 出方向信號(hào)和占空比參數(shù)大小，再由單片機(jī)調(diào)用下載模塊的子程序，通過(guò) 寫入到特定的寄存器中，由單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片L293D完成對(duì)直流電動(dòng)機(jī) 的控制。方波的有效電壓跟電壓幅值和占

10、空比有關(guān)，我們可以通過(guò)站空比 實(shí)現(xiàn)改變有效電壓。一般用軟件模擬 PWM可以有延時(shí)和定時(shí)兩種方法， 延時(shí)方法占用大量的CPU，所以這里采用定時(shí)方法。4.1.2主程序流程圖主程序要實(shí)現(xiàn)的功能主要是通過(guò)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的測(cè)量，并用 L293D器件來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的加減變化。然后用4位數(shù)碼管 顯示出來(lái)直流電動(dòng)機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與轉(zhuǎn)動(dòng)方向。主程序的完整流程圖如 圖4.1所示。是否啟動(dòng) 是是舌倍止1 變謹(jǐn)是戶電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是否加減速計(jì)算轉(zhuǎn)速結(jié)束圖4.1主程序流程圖4.1.3主程序程序設(shè)計(jì)主程序如下：*= 直流電動(dòng)機(jī)控制和速度顯示=*#includeCYCLE)count=0;if(countPWM_

11、ON)如果計(jì)時(shí)時(shí)間在不大于高電平時(shí)時(shí)間，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)if(flat=0)PWM 仁0;PWM2=1;if(flat=1)PWM 仁1;PWM2=0;else如果計(jì)時(shí)時(shí)間大于高電平時(shí)時(shí)間，電動(dòng)機(jī)停PWM1=1;PWM2=1;定時(shí)器0void T0_time() interrupt 1 num1+;if(num仁=10)每0.5s刷新一次數(shù)據(jù)num1=0;flag=1;void timer() interrupt 0外部中斷 1num2+;4.2數(shù)碼管顯示程序4.2.1設(shè)計(jì)要求數(shù)碼管要及時(shí)的顯示當(dāng)前直流電動(dòng)機(jī)的各種狀態(tài)，比如說(shuō)直流電動(dòng)機(jī) 的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)速度與當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)方向。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度發(fā)生改變的時(shí)候，數(shù)

12、 碼管顯示內(nèi)容立即刷新變化為當(dāng)前直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。4.2.2注意事項(xiàng)數(shù)碼管顯示程序在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：（1）相鄰的數(shù)碼管之間的顯示陰影部分一定要消除；（2） 由于直流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的硬件電路中沒(méi)有設(shè)置鎖存器，那么想 要使數(shù)碼管顯示的更加清晰則需要延長(zhǎng)數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間；（3）為了避免數(shù)碼管顯示不清晰，所以要合理的運(yùn)用數(shù)碼管的程序空 間；（4）各個(gè)數(shù)碼管的不同顯示可以通過(guò)使用動(dòng)態(tài)掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)。（5） 使數(shù)碼管具有恒定的工作電流，且不受溫度及其它因素的影響可 以保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度。4.2.3數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示程序如下：*數(shù)碼管顯示*if（flat=0）P0=tabl

13、e11;CelseP0=table12;AP2=0xfe;delayms(3);P2=0xfd;P0=tableshuju100;delayms(3);P2=0xfb;P0=tableshuju%10010;delayms(3);P2=0xf7;P0=tableshuju%10;delayms(3);P2=0xff;消隱部分4.3功能程序4.3.1設(shè)計(jì)要求功能程序的部分主要為了實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器上的各個(gè)按鍵的功 能，各個(gè)按鍵的功能主要有如下幾個(gè)：(1) 起動(dòng)停止按鍵：用來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或者停止的按鍵， 第一次按下起動(dòng)停止按鍵時(shí)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，再次按下起動(dòng)停止按鍵時(shí)直 流電動(dòng)機(jī)停止。(

14、2) 加速按鍵：用來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，可以增加直流電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)速度，按下加速按鈕時(shí)，單片機(jī)根據(jù)PWM沖信號(hào)調(diào)整占空比，直流電動(dòng)機(jī)即根據(jù)速度反饋增加直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。(3) 減速按鍵：用來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，減緩直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，按下減速按鈕時(shí)，單片機(jī)根據(jù)PWI脈沖信號(hào)調(diào)整占空比，直流電動(dòng)機(jī)即根據(jù)速度反饋減緩直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。(4) 正反轉(zhuǎn)按鍵：用來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)之間的調(diào)節(jié)，直流 電動(dòng)機(jī)初次起動(dòng)時(shí)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，第一次按下正反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，直流電 動(dòng)機(jī)沿逆時(shí)針?lè)较驕p速停止之后沿順時(shí)針?lè)较蚣铀俎D(zhuǎn)動(dòng)，再次按下正反轉(zhuǎn) 按鈕時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)沿順時(shí)方向減速停止之后沿逆時(shí)針?lè)较蚣铀?/p>

15、轉(zhuǎn)動(dòng)。4.3.2功能程序流程圖主要功能按鍵程序流程圖如圖 4.2所示。開(kāi)始初始化有無(wú)按鍵操作有無(wú)按鍵操作有有結(jié)束圖4.2主要功能按鍵程序流程圖4.3.3主要功能按鍵程序設(shè)計(jì)主要功能按鍵程序如下:if(K4=0)delayms(5); if(K4=0)while(!K4); num=!num;if(K1=0) delayms(5); if(K1=0)while(!K1); if(num0) num-;5軟啟動(dòng)器的仿真5.1 MATLAB仿真軟件簡(jiǎn)介MATLAB ( Matrix Laboratory )是美國(guó) Math-works 公司推出的一種集數(shù)值計(jì)算、符號(hào)運(yùn)算、可視化建模、仿真和圖形處理等

16、多種功能于一體的 圖形化語(yǔ)言。在工程技術(shù)界，系統(tǒng)仿真是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)，去研究一 個(gè)存在或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)，是建立在系統(tǒng)科學(xué)、系統(tǒng)辨識(shí)、控制理論、計(jì)算 機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法等學(xué)科上的一種綜合性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)技術(shù)。因此通過(guò) 計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)仿真技術(shù)在減少損失、節(jié)約經(jīng)費(fèi)開(kāi) 支、縮短開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面的重要作用。在控制系統(tǒng)仿真技 術(shù)的諸多環(huán)節(jié)中，MATLAB的仿真算法選擇是很重要的環(huán)節(jié)，它直接影 響到仿真模型是否能精確地替代實(shí)際系統(tǒng)。本文在分析直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系 統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，借助于MATLAB 強(qiáng)大的仿真建模功能，在MATLABSIMULINK 中建立直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速

17、系統(tǒng)軟啟動(dòng)器的仿真 模型，通過(guò)對(duì)MATLAB的仿真算法的不同選擇，得到不同的仿真結(jié)果， 從而研究得出如何選擇 MATLAB的仿真算法。MATLAB仿真軟件的工作 界面如圖5.1所示。IR?0HOIKLJ*1 jj Riwi FI-kT T 也 fhi=a舶如曲Li7pon 葉時(shí)吟血也 Eala Wcrtapsritrnpacjr mumuJ皚 H.n and Tnu 、上 Dim CcmrandiiK. 回葉應(yīng)沖EMrjj1 Sri Pitatajiifc SMRXrtL#j4i mj PiH m 應(yīng)Md Dm ivu _uwImtfxAMd Hi *El 已 db i- fk Ptig ra

18、nk Fin P MATLAB fc wcdt k Q圖5.1 MATLAB工作界面MATLAB能夠深入到科學(xué)研MATLAB 是一個(gè)高級(jí)的矩陣陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入 語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序后再一 起運(yùn)行。新版本的 MATLAB言是基于最為流行的 C+語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因 此語(yǔ)法特征與C+語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù) 學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這 種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。5.2 MATL

19、AB仿真建模與波形分析分別選取他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)電路、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串聯(lián)電阻啟動(dòng)電路與直流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)電路，利用MATLAB內(nèi)的SIMULINK 搭建模型進(jìn)行仿真分析并對(duì)三種啟動(dòng)電路的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)比來(lái) 分析直流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)相對(duì)于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)和他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 電樞串聯(lián)電阻啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)有哪些。5.2.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真直流電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)的時(shí)候，起動(dòng)的瞬間電流會(huì)很大，大約可以達(dá) 到額定電流的10到20倍，所以會(huì)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生非常大的沖擊轉(zhuǎn)矩， 對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的磨損消耗很大，不利于直流電動(dòng)機(jī)的使用。現(xiàn)在試用 MATLABSIMULINK對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)

20、的過(guò)程建立一個(gè)仿真模型，通過(guò)對(duì)仿真模型的分析得到他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)電流的變化 過(guò)程以及電磁轉(zhuǎn)矩在啟動(dòng)時(shí)的變化過(guò)程。圖5.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)仿真模型原理圖圖5.2是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)電路仿真圖，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接 啟動(dòng)電路由直流電源模塊、直流電動(dòng)機(jī)模塊、定時(shí)模塊、開(kāi)關(guān)模塊等模塊 組成。其中直流電源模塊有兩個(gè)，分別為直流電動(dòng)機(jī)電樞以及直流電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁提供電源電壓，直流電動(dòng)機(jī)模塊包括一個(gè)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，定時(shí)模塊 的作用為定時(shí)接通或斷開(kāi)電源的開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)模塊為控制電路電源通斷的模 塊。各電路模塊參數(shù)的設(shè)定如下：（1）直流電動(dòng)機(jī)模塊：Preset model設(shè)置為：5HP 240V 175

21、0RPM Field： 300V；（2）直流電源模塊：Amplotude（V） 設(shè)置為：240；（3）定時(shí)模塊:Time（s）設(shè)置為：0 0.5，Amplitude 設(shè)置為：0 1；（4）開(kāi)關(guān)模塊：Threshold設(shè)置為：1000;（5）其它模塊采用默認(rèn)設(shè)置。設(shè)置仿真的開(kāi)始時(shí)間為0s,結(jié)束時(shí)間為1s,采用Ode23tb算法。MATLABSIMULINK 仿真的結(jié)果如圖5.3所示。(b)轉(zhuǎn)矩波形圖4電機(jī)定子繞組串電抗降壓?jiǎn)?dòng)電流、轉(zhuǎn)矩波形522電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)電路仿真niynr：:at工jnyjHlm ITET|hyrhifiP?t sL；T f|*；1 k -麗 phfl-ilp 窩r.i.i - -1 ： Thyri融! j Hk gjrhrci-iik1HH+Ir SynrhiM iniaclft-Piils*- GwrjLlcarr-.-V*Twhn iKi inTliyrwlrurOrjihc1S曹邛 hb hl i ii i-ffi*制Mhifi磐 Mcasnrenipnt Dvrmix5電機(jī)軟啟動(dòng)電路