開(kāi)題報(bào)告-連軋機(jī)直流調(diào)速控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)與調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

1、電信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告姓 名程生瑞專業(yè)電氣工程 班級(jí)2班學(xué) 號(hào)08230201指導(dǎo)教師王曉蘭題目類型G題 目連軋機(jī)直流調(diào)速控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)與調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)一、選題背景及依據(jù)（簡(jiǎn)述題目的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)，說(shuō)明選題目的、意義，列出主要參考文獻(xiàn)） 在冶金工業(yè)中，軋制過(guò)程是金屬壓力加工的一個(gè)主要工藝過(guò)程，連軋是一種可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和軋制質(zhì)量的先進(jìn)方法，連軋機(jī)則是冶金行業(yè)的大型設(shè)備。其主要特點(diǎn)是被軋金屬同時(shí)處于若干機(jī)架中，并沿著一方向進(jìn)行軋制，最終形成一定的斷面形狀。每個(gè)機(jī)架上下軋錕共用一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，不同機(jī)架采用不同電機(jī)拖動(dòng)，本課題要求完成單臺(tái)機(jī)架直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 陳伯時(shí)主編

2、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版） 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 2 王兆安，黃俊主編 電力電子技術(shù)（第4版） 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 20003 任彥碩主編 自動(dòng)控制原理 機(jī)械工業(yè)出版社 20064 李榮生主編 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 機(jī)械工業(yè)出版社5 吳守箴，臧英杰 編著 電氣傳動(dòng)的脈寬調(diào)制控制技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社6孟慶春 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社 2005.127 沈文，Eagle lee 詹衛(wèi)前 AVR單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)入門(mén)指導(dǎo). 20038 萬(wàn)福君 潘松峰 單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用(第二版) 20049 李仁定 電機(jī)的微機(jī)控制 機(jī)械工業(yè)出版社 200410 周淵

3、深 交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真 中國(guó)電力出版社 200711陳紅衛(wèi).微型計(jì)算機(jī)基本原理與接口技術(shù)（第二版）M.北京:科學(xué)出版社，200912何立民.單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用與設(shè)計(jì)（第二版）M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200713郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2009:9-12.14邊春遠(yuǎn)，李文濤等.C51單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社15姜志海.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，200516陳洪財(cái).單片機(jī)C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言實(shí)用開(kāi)發(fā)技術(shù)M.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，200817夏路易.單片機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教程與實(shí)踐M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20

4、0818朱善君，孫新亞等.單片機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，200519徐瑋，沈建良等.單片機(jī)快速入門(mén)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200820王秋爽，曾昭龍等.單片機(jī)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)與經(jīng)典設(shè)計(jì)實(shí)例M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.二、主要設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容、設(shè)計(jì)（研究）思想、解決的關(guān)鍵問(wèn)題、擬采用的技術(shù)方案及工作流程 1， PI調(diào)節(jié)器是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中最常用的一種控制器，在微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，當(dāng)采樣頻率足夠高時(shí)，可以先按模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器，然后再離散化，就可以得到數(shù)字控制器的算法，這就是模擬調(diào)節(jié)器的數(shù)字化。(1)連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 在微機(jī)數(shù)字控制調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，當(dāng)采樣

5、頻率足夠高時(shí)，可以把它近似地看成是模擬系統(tǒng)，先按模擬系統(tǒng)理論來(lái)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，然后再離散化，得到數(shù)字控制算法，這就是按模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，或稱間接設(shè)計(jì)法。 根據(jù) Shannon 采樣定理，采樣頻率 fsam 應(yīng)不小于信號(hào)最高頻率 fmax 的2倍，即 fsam 2 fmax 這時(shí)，經(jīng)采樣及保持后，原信號(hào)的頻譜可以不發(fā)生明顯的畸變，系統(tǒng)可保持原有的性能。 但實(shí)際系統(tǒng)中信號(hào)的最高頻率很難確定，尤其對(duì)非周期性信號(hào)（系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程）來(lái)說(shuō)，其頻譜為 0 至的連續(xù)函數(shù)，最高頻率理論上為無(wú)窮大。因此，難以直接用采樣定理來(lái)確定系統(tǒng)的采樣頻率至于轉(zhuǎn)速環(huán)，由于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能往往對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率的大小有一定要求，

6、不能太低。但轉(zhuǎn)速控制有時(shí)比較復(fù)雜，占用的機(jī)時(shí)較長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速環(huán)的采樣頻率又不能很高。如果所選擇的采樣頻率不夠高，按連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)誤差較大時(shí)，就應(yīng)按照離散控制系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。（2）數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法： 先將系統(tǒng)對(duì)象離散化，按數(shù)字系統(tǒng)直接設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)節(jié)器。數(shù)字系統(tǒng)分析方法有：Z變換方法W變換方法擴(kuò)展W變換方法 模擬系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一般為PI調(diào)節(jié)器，比例部分起快速調(diào)節(jié)作用，積分部分消除穩(wěn)態(tài)偏差。數(shù)字調(diào)節(jié)器也應(yīng)具備同樣的功能，因此仍選用PI型數(shù)字調(diào)節(jié)器。 這里，設(shè)計(jì)方法采用數(shù)字頻域法。 （1）通過(guò)Z變換，將連續(xù)的被控對(duì)象模型轉(zhuǎn)換成離散系統(tǒng)模型；（2）通過(guò)W變換和W變換，將離散系統(tǒng)的z域模型轉(zhuǎn)換成頻域模型

7、；（3）采用頻域設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這時(shí)，可利用s 域的經(jīng)典頻域設(shè)計(jì)法，比如，Bode圖等系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)工具。 2轉(zhuǎn)速測(cè)量 轉(zhuǎn)速的測(cè)量采用測(cè)頻測(cè)周法，也就是所說(shuō)的M/T法。 所謂測(cè)頻測(cè)周法，即是綜合了“T”法和“M”法分別對(duì)高、低轉(zhuǎn)速具有的不同精度，利用各自的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的方法，精度位于兩者之間。如圖2所示。 圖2轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：設(shè)高頻脈沖的頻率為fc，脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出P個(gè)脈沖，由式（2-2）和（2-5）可得M/T法轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為： （2-6）-轉(zhuǎn)速值。單位：（轉(zhuǎn)/分）。-晶體震蕩頻率。單位Hz。-輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角。-時(shí)基脈沖數(shù)。3電流檢測(cè)圖3單片機(jī)系統(tǒng)測(cè)量轉(zhuǎn)速原理框圖霍爾傳感器是應(yīng)用非

8、常廣泛的一種器件，本文采用開(kāi)關(guān)型集成元件UGN3019,它將電流源，霍爾元件，待溫度補(bǔ)償?shù)牟顒?dòng)放大電路以及斯密特等電路集成在一起，基本原理是霍爾效應(yīng)片產(chǎn)生的電勢(shì)由差分放大器進(jìn)行放大，隨后被送進(jìn)斯密特觸發(fā)器。當(dāng)霍爾元件的感磁面受到一個(gè)小于霍爾器件的磁場(chǎng)工作點(diǎn)Bop時(shí)，差動(dòng)放大器的輸出電壓不足以開(kāi)啟斯密特觸發(fā)器，驅(qū)動(dòng)管截止，霍爾器件處于關(guān)態(tài)，輸出為高電平。當(dāng)受到一個(gè)上升磁場(chǎng)，強(qiáng)度超過(guò)工作點(diǎn)Bop時(shí)，霍爾元件導(dǎo)通，輸出低電平。因此，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾元件輸出連續(xù)脈沖信號(hào)，然后輸入單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。UGN3019的測(cè)量接線如圖3-2所示。將一非磁性圓盤(pán)固定在轉(zhuǎn)軸上，周圍用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼塊狀磁鋼，磁鋼采用永久磁鐵分割成小磁塊（其磁力較強(qiáng)），霍爾元件固定在距磁塊1-3 mm 處。傳感器采用12V直流電源，輸出端接1K上拉電阻。為了防止CPU輸入電壓過(guò)高和可能產(chǎn)生峰值電壓，輸出端接5V穩(wěn)壓管進(jìn)行限制電位，輸出信號(hào)直接進(jìn)單片機(jī)外部計(jì)數(shù)器，即P3.5,給單片機(jī)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行采集處理。4連軋機(jī)轉(zhuǎn)速的控制 連軋機(jī)轉(zhuǎn)速的控制一般采用PWM波經(jīng)行控制，通過(guò)PI算法，單片機(jī)產(chǎn)生PWM波經(jīng)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）